ดินปืน

ดินปืน

ดินปืนเป็นส่วนผสมที่ระเบิดได้ ซึ่งใช้ ในการยิง โพรเจกไทล์ เพื่อขับเคลื่อนพลุและ ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการ จุด พลุดอกไม้ไฟ

ในอดีต ดินปืนยังถูกใช้ในการขุด แม้ว่าจะมีส่วนผสมที่มีพลังมากกว่า ( ผงควันอ่อน ) อยู่ในปัจจุบัน แต่ผงสีดำ (ดินปืนสีดำ) ยังคงเป็นส่วนผสมที่ใช้บ่อยที่สุดในการติดตั้งดอกไม้ไฟ ส่วนใหญ่เป็นเพราะส่วนผสมที่มีความเสถียรสูง ซึ่งหมายความว่าจะไม่ติดไฟอย่างรวดเร็วหลังจาก แรงกระแทกหรือแรงกระแทก

ประวัติศาสตร์

ระเบิดมองโกเลียถูกทิ้งจากการจู่โจมของซามูไรญี่ปุ่นระหว่างการบุกโจมตีญี่ปุ่นของมองโกล 1281

ดินปืนเป็นส่วนผสมระเบิดที่เก่าแก่ที่สุดที่รู้จัก สารผสมที่ระเบิดได้ถูกสร้างขึ้นในประเทศจีน ตั้งแต่ช่วงต้น ศตวรรษที่ 9 ^[1]คำอธิบายแรกของดินปืนที่แท้จริงเกิดขึ้นในสารานุกรมทหารWu Ching tsung Yaoตั้งแต่ประมาณกลางศตวรรษที่สิบเอ็ด ในปี 1232 ชาวมองโกล ใช้ดินปืน ในการล้อมเมืองไคเฟิง

การกล่าวถึงดินปืนเป็นลายลักษณ์อักษรครั้งแรกในยุโรปปรากฏในตำราOpus Majus (1267) และ Opus Tertium โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษRoger Bacon

ส่วนผสมที่สำคัญ แต่ยากต่อการค้นหาหรือทำดินประสิวมักมาจากชาวจีน ในปี ค.ศ. 1240 ชาวอาหรับรู้จักดินประสิวว่าเป็น 'หิมะของจีน' นับแต่นั้นมา ดินปืนถูกใช้ในอาวุธปืน ที่มีความซับซ้อนมากขึ้นเรื่อย ๆ

องค์ประกอบ

รูปแบบที่เก่าแก่ที่สุดคือดินปืนสีดำซึ่งประกอบด้วยผงดินประสิว (โดยปกติคือโพแทสเซียมไนเตรต ) ถ่านและกำมะถันผสมในอัตราส่วนมวล 75/15/10 หรือในรูปแบบที่ปราศจากกำมะถัน: โพแทสเซียมไนเตรต/ถ่าน 82/18. เมื่อส่วนผสมทั้งหมดเป็นผงละเอียดและผสมให้เข้ากันแล้วจะเรียกว่าผงสีเขียวหรือผงงู ส่วนผสมจะไหม้ช้าและทิ้งสารตกค้างจำนวนมาก ถ้าส่วนผสมถูกบดเป็นก้อน กลมอีกสองสามชั่วโมงส่วนผสมที่ได้จะเรียกว่าผงแป้ง(ตามตัวอักษร: 'แป้งฝุ่น') สารนี้ติดไฟได้สูงและมีประโยชน์มากสำหรับค่าใช้จ่ายของจรวดและอีเจ็คเตอร์ นอกจากนี้ยังทิ้งสารตกค้างน้อยมากหรือไม่มีเลย วัตถุดิบต้องบริสุทธิ์มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งดินประสิวซึ่งเดิมสกัดจากบ่อปุ๋ยและสิ่งที่คล้ายกันนั้นหายาก

ในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 ดินปืนที่ไร้ควัน ได้รับ การพัฒนา ประกอบด้วยเซลลูโลสไนเตรตและกลีเซอรีนไนเตรต และใช้ใน กระสุนสมัยใหม่ในรูปแบบต่างๆ

ประสิทธิภาพของส่วนผสมสามารถปรับปรุงได้อย่างมากโดยการบดให้เข้ากันสักครู่ในโรงสีลูกกลมด้วยการเติมน้ำ (และบางครั้งก็ เป็น เดกซ์ทริน ) จากนั้นจึงทำให้แห้งและกรอง ทำให้ได้ส่วนผสมที่ลงตัวยิ่งขึ้น หนึ่งแล้วพูดถึงpulverone เพื่อผลลัพธ์ที่ดียิ่งขึ้นไปอีก ส่วนผสมนี้สามารถกดลงในเค้กภายใต้ความดันสูงและแตกและกรองให้ได้ขนาดเกรน ตามด้วยขั้นตอนการ แกรไฟต์สำหรับเมล็ดธัญพืชที่ใหญ่กว่าเพื่อให้เมล็ดพืชไหลได้ดีขึ้น

หลังจากการอบแห้งส่วนผสมจะติดไฟได้ง่ายการคายประจุไฟฟ้าสถิตอาจเพียงพอสำหรับสิ่งนี้ ดินปืนสามารถบดให้เปียกได้เท่านั้นเนื่องจากเสี่ยงต่อการติดไฟ ความเข้มข้นของปฏิกิริยาการเผาไหม้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนการผสม ตลอดจนรูปร่างของเกรนและขนาดเกรนที่นำส่วนผสมไป จากประสบการณ์ยังพบว่าถ่านชนิดที่ใช้มีความสำคัญต่อคุณภาพของดินปืนเป็นอย่างมาก ตัวอย่างเช่น ถ่านจากไม้เนื้ออ่อน เช่น วิ ลโลว์เพาโลเนียกัญชาหรือไม้บัลซ่า ส่วนใหญ่จะ ใช้ บางครั้งอัตราส่วนการผสมจะถูกปรับเล็กน้อย (ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ในการใช้ส่วนผสม) โพแทสเซียมไนเตรตดีกว่าโซเดียมไนเตรตหรือแอมโมเนียมไนเตรตเนื่องจากดูดความชื้นมาก เกินไป ในอดีตมีการใช้แคลเซียมไนเตรตที่ถูกกว่ามาก แต่เกลือนี้ก็ดูดความชื้นได้เช่นกัน อันที่จริง แอมโมเนียมไนเตรตไม่มีประโยชน์เลย เนื่องจากมันมีแนวโน้มที่จะย่อยสลาย ป้องกันไม่ให้ถ่านออกซิไดซ์และกำมะถัน ส่งผลให้อัตราการเผาไหม้ต่ำ

ปฏิกิริยาการระเบิด

ในการเผาไหม้ โพแทสเซียมไนเตรทจะสลายตัว โดยปล่อยก๊าซออกซิเจนซึ่งทำปฏิกิริยากับคาร์บอนและกำมะถัน เพื่อสร้างความร้อน และ ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นของแข็งและก๊าซจำนวนหนึ่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งCO , CO ₂ , N ₂และSO ₂ ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของแข็งส่วนใหญ่เป็นโพแทสเซียมออกไซด์ ซัลไฟด์และซัลเฟต การเผาไหม้เกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่จะระเบิดได้ก็ต่อเมื่อดินปืนถูกขังอยู่ในพื้นที่เล็กๆ อัตราการเผาไหม้ในส่วนผสมยังคงต่ำกว่าเสียง - ดินปืนระเบิดไม่. อนึ่ง ปฏิกิริยาด้านล่างไม่ถูกต้องทั้งหมด เนื่องจากถ่านยัง มี โปแตช (โพแทสเซียมคาร์บอเนต) และเกลืออื่นๆ นอกเหนือจากคาร์บอน โพแทสเซียมคาร์บอเนตนี้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ที่ สำคัญ ดังนั้นจึงไม่สามารถทำดินปืนจากคาร์บอนบริสุทธิ์ได้

พลังระเบิดของผงสีดำค่อนข้างเล็ก มันไม่ทำลายโครงสร้างที่อยู่ติดกัน (ซึ่งอาจเป็นประโยชน์ในการขุด) แต่ผลักมันออกไป ปริมาณของแข็งตกค้างหลังการระเบิดเป็นหนึ่งในสาเหตุที่ไม่ใช้ดินปืนสีดำในตลับปืนไรเฟิลอีกต่อไป: ผลิตภัณฑ์มีการกัดกร่อนสูง ( H ₂ SO ₃และK ₂ Oส่งผลกระทบต่อลำกล้องปืน) นอกจากนี้ กลุ่มควันขนาดใหญ่ยังหลอกหลอนตำแหน่งของมือปืนในทันที

รูปร่างของเม็ดแป้งส่งผลต่อความเร็วที่ก่อตัวขึ้นของโพรเจกไทล์ขณะเคลื่อนที่ผ่านลำกล้องของอาวุธ (ดูขีปนาวุธภายใน ) ด้วยเม็ดแป้งทรงกลม พื้นผิวที่ไหม้ (และทำให้ความดันเพิ่มขึ้น) จะลดลงอย่างต่อเนื่อง ด้วยเม็ดแป้งที่มีด้านใน (เช่น ที่มีรูปทรงกระบอก ) พื้นผิวการเผาไหม้จะคงที่หรือเพิ่มขึ้นในบางครั้ง

สมการปฏิกิริยา

สมการปฏิกิริยาทางทฤษฎีที่เป็นไปได้มากมายสำหรับดินปืนคือ

${\displaystyle {\ce {10KNO3 + 8C + 3S -> 2K2CO3 + 3K2SO4 + 5 N2 + 6 CO2}}}$

${\displaystyle {\ce {2KNO3 + 3C + S -> K2S + 3CO2 + N2}}}$

ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการระเบิดนี้คือ 2860 kJ / kgและปัจจัยการเพิ่มปริมาตรคือ 5100 อันที่จริง: ทางด้านซ้ายในสมการปฏิกิริยาคือของแข็งซึ่งใช้ปริมาตรเพียงเล็กน้อย ทางด้านขวาของสมการปฏิกิริยาคือก๊าซ ซึ่งใช้ปริมาตรมากกว่า พวกมันยังเป็นก๊าซที่ขับเคลื่อนโพรเจกไทล์

สมการปฏิกิริยายังแสดงสัดส่วนที่ควรผสมส่วนประกอบด้วย สมการแรกให้ไนเตรต 10 โมล = 1,010 ก. คาร์บอน 8 โมล = 96 ก. และกำมะถัน 3 โมล = 96 ก. หรืออัตราส่วนมวล 84:8:8 สมการที่สองให้ไนเตรต 2 โมล = 202 ก. คาร์บอน 3 โมล = 36 ก. และกำมะถัน 1 โมล = 32 ก. หรืออัตราส่วนมวล 75:13:12

ดูเพิ่มเติม

• Berthold Schwarz

การเชื่อมโยงภายนอก

• ( th )การผลิตดินปืน การรักษาองค์ประกอบ การผลิต คุณสมบัติ และปฏิกิริยาที่เก่าแต่ละเอียดมากในการเผาดินปืนสีดำ

ดู หมวด ดินปืน ของ Wikimedia Commonsสำหรับไฟล์สื่อในหัวข้อนี้