SchwarzpulverPulversprengstoff 250px|Häuflein PulverGekörntes SchwarzpulverChemische ZusammensetzungSprengkräftige Bestandteile Kaliumnitrat, selten NatriumnitratWeitere Bestandteile Sensibilisierer: Schwefel Brennstoff: Holzkohlepulver Physikalische Eigenschaften Dichteg/cm³ von 1,2 bis 1,5Sauerstoffbilanz% von −30 bis −15ExplosionswärmekJ / kg ca. 2700Schwadenvolumenl / kg von 260 bis 340Spezifische Energiel · MPa / kg 280Detonationsgeschwindigkeitm/s von 300 bis 600(Deflagration)ExplosionstemperaturK ca. 2300EigenschaftsvergleichBrisanz In sehr geringer FormZündempfindlichkeit sehr hochSchwadenvolumen geringPreis geringReferenzen
Schwarzpulver war als Büchsenpulver der erste Explosivstoff, der als Schießpulver für Treibladungen von Schusswaffen verwendet wurde. Als Sprengpulver ist es ein Sprengmittel. Heute wird es als Korn- und Mehlpulver hauptsächlich in der Pyrotechnik – insbesondere bei der Feuerwerkherstellung – sowie beim Schießen mit Vorderladern und Böllern verwendet.
Chemie Zusammensetzung Schwarzpulver ist eine pyrotechnische Mischung aus Salpeter (meist Kalisalpeter = Kaliumnitrat), fein gemahlener Holzkohle (wegen des geringen Ascheanteils früher vornehmlich aus dem Holz des Faulbaums, auch Pulverholz genannt, gewonnen, heute oft auch aus Erlenholz)Faulbaum, (Pulverholz) für die Holzkohle und Schwefel. Es besteht im Mittel aus 75 % Salpeter, 10 % Schwefel und 15 % Holzkohle (Angaben in Massenanteilen). Das Mischungsverhältnis kann je nach Verwendungszweck leicht abweichen.
Pulver auf der Basis von Natriumnitrat, das billiger, aber sehr hygroskopisch ist, wurde in Form von Presslingen hergestellt und mit Bitumen gegen Feuchtigkeit imprägniert. Diese Presslinge waren als Geschützpulver wenig geeignet, sie wurden vornehmlich im Bergbau als Sprengsalpeter verwendet.
In der frühen Geschichte des Schwarzpulvers wurden statt Kalisalpeter auch Calciumnitrat (zunächst als Mauersalpeter) und Magnesiumnitrat verwendet, die aber wegen hygroskopischer Eigenschaften das Pulver schnell unbrauchbar machten. Aus diesem Grund wurden Umlösungsprozesse entwickelt, die mithilfe von Pottasche aus gelöstem Calcium- und Magnesiumnitrat eine Lösung mit Kaliumnitrat lieferten (Calcium und Magnesium wurden als Karbonate ausgefällt).Das wird in der Pyrotecnica von Vannoccio Biringuccio 1540 geschildert und war ein Standardverfahren in der frühen Neuzeit. Bert Hall: Einleitung. In: J. R. Partington: A History of Greek Fire and Gunpowder. The Johns Hopkins University Press, 1999, S. XXV. Die Gewinnung der Nitrate für Schwarzpulver geschah später durch bakterielle Nitrifikation (siehe Kalisalpeter).
Salpeter dient als Oxidationsmittel, wobei auch andere Salze (z. B. Chlorate, jedoch wegen hoher Brisanz nicht für Treibladungspulver) verwendet werden können. Das Kohlepulver dient als Brennstoff, und der Schwefel kann sowohl als Brennstoff als auch als Zündmittel verwendet werden, damit die Schwarzpulvermischung bei kleinster Berührung mit Funken zu brennen beginnt.
Zur Erzielung von Flammenfärbungen für pyrotechnische Erzeugnisse werden bestimmte Nitrate verwendet, deren Kation eine entsprechende Flammenfärbung liefert. Es wurden im sogenannten Feuerwerkbuch von 1420 Rezepte für weißes (mit Zusatz von „Felberbaumholz“), rotes (mit Sandelholz), blaues (mit Kornblumen) und gelbes Pulver (mit Indischer Narde) verwendet.Wilhelm Hassenstein, Hermann Virl: Das Feuerwerkbuch von 1420. 600 Jahre deutsche Pulverwaffen und Büchsenmeisterei. Neudruck des Erstdruckes aus dem Jahr 1529 mit Übertragung ins Hochdeutsche und Erläuterungen von Wilhelm Hassenstein. Verlag der Deutschen Technik, München 1941, S. 70 f. und 117.
Herstellung Die Bestandteile müssen fein zermahlen und gleichmäßig vermischt werden. Danach wird das Gemisch in Kuchen feucht verpresst und getrocknet, die wiederum zermahlen und entweder gekörnt oder als Mehlpulver belassen werden. Beim Körnen, das schon im 15. Jahrhundert bekannt war,Die erste schriftliche Erwähnung ist im Feuerwerkbuch von 1420, Bert Hall, The corning of gunpowder and the use of firearms in the Renaissance, in: B. Buchanan (Hrsg.), Gunpowder: The History of an International Technology, University of Bath Press, 1996 wird das Pulver angefeuchtet und wieder in Bewegung zu Kügelchen geformt. Damit wird ein Entmischen der Bestandteile verhindert und über die Größe der Kügelchen kann die Abbrandgeschwindigkeit in gewissen Grenzen reguliert werden. Außerdem dringen beim Anfeuchten Salpeter und Schwefel in die Mikroporen der Kohlepartikel.Bert Hall, Einleitung. In: J. R. Partington: A History of Greek Fire and Gunpowder. The Johns Hopkins University Press, 1999, XXVII. Das fertige Pulver wird noch getrocknet und kann dann abgefüllt und verpackt werden.
Chemische Reaktion Beim Verbrennen des Schwarzpulvers entstehen Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfit, Stickstoff und Feinstaub. Es handelt sich um eine unvollständige Verbrennung. Die folgende Reaktionsgleichung ist vereinfacht und von der prozentualen Zusammensetzung des Schwarzpulvers abhängig. Nicht berücksichtigt wurden dabei die Restfeuchtigkeit sowie der Sauerstoff-, Wasserstoff- und Ascheanteil in der Holzkohle.
mini|Explodierte schwarzpulvergefüllte Rohrbombe aus einem FBI-Versuchsaufbau mini|Geborstener Lauf einer Vorderladerpistole, die anstelle von Schwarzpulver mit Nitrocellulosepulver beschossen wurde und den erhöhten Belastungen nicht standhielt
Die Mischung verbrennt rasch, die innerstoffliche Schallgeschwindigkeit wird dabei jedoch nicht überschritten, weswegen statt von einer Detonation von einer Deflagration gesprochen wird. Bei der Verbrennung entsteht eine Temperatur von ungefähr 2000 °C. Das Schwadenvolumen (bei Normalbedingungen) liegt bei 337 l/kg, außerdem entstehen etwa 0,58 kg feste Kaliumsalze.
Die Zündtemperatur liegt sehr niedrig (ca. 170 °C). Schwarzpulver ist massenexplosiv. Ab einer Menge von ca. einem Kilogramm ist keine Verdämmung mehr erforderlich, damit das Pulver nicht mehr nur abbrennt, sondern in jedem Fall explodiert.
Schwarzpulver deflagriert mit einer Abbrandgeschwindigkeit von 300 bis 600 m/s. Dabei spielen die Restfeuchtigkeit, die Gründlichkeit der Mahlung und Vermischung der Bestandteile, die Größe und Dichte der Ladung sowie die Körnung eine große Rolle: Während bei Handwaffen feinkörniges Pulver verwendet wurde, um überhaupt eine akzeptable Schussleistung zu erreichen, musste bei großkalibrigen Geschützen entsprechend grobkörniges Pulver verwendet werden, um den Enddruck zu begrenzen und damit Rohrsprengungen zu vermeiden.
Schwarzpulver ist wenig schlag- und reibungsempfindlich. Statische Elektrizität (Funkenschlag) kann es nur äußerst schwer entzünden, da die enthaltene Holzkohle ein guter elektrischer Leiter ist und die Ladung abfließen kann. Zudem sind moderne Schwarzpulver aus Sicherheitsgründen und als Rieselhilfe mit einer dünnen Graphitschicht versehen.K. D. Meyer: Handbuch für den Wiederlader. Journal-Verlag Schwend, Schwäbisch Hall 1977, S. 70.
Die Nachteile von Schwarzpulver sind die recht niedrige Leistung, durch die brennbaren Gase bedingtes starkes Mündungsfeuer und starke Rauchentwicklung durch die großen Mengen der festen Nitratsalze. Aus diesem Grund wurde es ab etwa 1891 weitgehend durch rauchschwaches Schießpulver auf der Basis von NitrozelluloseVgl. Wilhelm Hassenstein: Der Übergang vom Schwarzpulver zum Nitrozellulose-Blättchenpulver vor 50 Jahren. In: Zeitschrift für das gesamte Schieß- und Sprengstoffwesen. April 1941. verdrängt.
Verwendung Schwarzpulver wird verwendet in der Pyrotechnik, bei frei erhältlichen Knallkörpern, unter anderem bei Modellraketenantrieben sowie beim Sportschießen und Böllern.
Geschichte
Das Schwarzpulver und seine Verwendung in Feuerwaffen wurde im Kaiserreich China erfunden, wie unter anderen Joseph Needham 1986 in einem umfangreichen Band seiner Science and Civilization in China darlegte.Joseph Needham: Science and Civilization in China, Band 5, Teil 7 (The Gunpowder Epic). Cambridge UP, Cambridge 1986. In einer von chinesischen Alchemisten bei ihren Experimenten zur Herstellung eines Lebenselixiers verwendeten, sich beim Erhitzen unabsichtlich als höchst explosiv erweisenden Mischung aus Schwefel, Realgar, Salpeter und Honig sah er den ersten Vorläufer des Schießpulvers.Allison Coudert: Der Stein der Weisen. Die geheime Kunst der Alchemisten. (Originalausgabe: Alchemy: the Philosopher's Stone. 1980) Lizenzausgabe. Pawlak, Herrsching 1992, ISBN 3-88199-911-6, S. 212. Die erste schriftliche Erwähnung salpeterhaltiger Brandsätze findet sich im song-zeitlichen Wu Jing Zong Yao um das Jahr 1044. Das Buch ist aber nur in seiner jüngsten Kopie von 1550 aus der Ming-Zeit überliefert. Die Vermerke zu den Brandsätzen könnten auch später hinzugefügt worden sein. In dieser Zeit wurden auch Feuerpfeile (Raketen) entwickelt. Der chinesische Kriegsmandarin Yu Yunwen nutzte im Jahr 1161 derartige Feuerpfeile auch zur Abschreckung von Feinden. Im Jahr 1232 kam bei der Belagerung der Stadt Kaifeng Schießpulver zum Einsatz. Die älteste noch erhaltene Handfeuerwaffe in China stammt aus der Zeit um 1288 (Heilongjiang-Büchse).Joseph Needham: Science and Civilization in China, 1986, S. 290 und 293 (Abbildung). In China und Japan diente Schießpulver vornehmlich zu rituellen Zwecken, und zwar zu Ehren Verstorbener. Daneben ist aber ebenfalls nachgewiesen, dass mit Schwarzpulver gefüllte Bomben durch die Chinesen spätestens im 13. Jahrhundert als Waffe eingesetzt wurden.
Die Kenntnis vom Schwarzpulver kam möglicherweise über den Mongolensturm oder Handelskontakte entlang der Seidenstraße in den arabischen Raum und (direkt oder über arabische Vermittlung) nach Europa. Dschingis Khan stellte im Jahr 1214 eine chinesische Katapulteinheit für seine Feldzüge in Transoxanien auf, die auch – wie schon zuvor in China üblich – Bomben mit Schießpulver verschoss, und es gibt Berichte aus dem Jahr 1241 über einen Einsatz bei der Schlacht bei Muhi in Ungarn.James Riddick Partington: History of Greek Fire and Gunpowder. Johns Hopkins University Press, 1999, S. 250. Die Mongolen versuchten auch mit übel riechenden Rauchwolken und feuerspeienden Köpfen in Schlesien und Ungarn Verwirrung zu stiften. Nach Kenneth Chase könnten Nachrichten davon über die Gesandtschaft (1252 bis 1255) des Franziskaners Wilhelm von Rubruck zu den Mongolen nach Europa gelangt sein, unter anderem zu dem Gelehrten Roger Bacon, der ebenfalls Franziskaner war, sich sehr für den Bericht der Gesandtschaft interessierte und im Jahr 1267 eine der frühesten Erwähnungen der Verwendung von Schwarzpulver in Europa verfasste.Kenneth Chase: Fire arms, a global history to 1700. Cambridge University Press, 2003, S. 58.
Roger Bacon erwähnt das Pulver in mehreren Schriften von 1242 bis 1267, unter anderem als Feuerwerksspielzeug für Kinder. Ob er darüber hinaus genaue Angaben zur Herstellung und Zusammensetzung von Schwarzpulver machte, ist umstritten. J. R. Partington folgt in seiner Geschichte der Pyrotechnik einer Rekonstruktion eines Anagramms durch den Artillerieoberst Henry Hime (1904), das dieser in einer unklaren Stelle bei Bacon gelesen haben will (in einem Buch von Bacon, dessen Zuschreibung umstritten ist).J. R. Partington: A history of Greek Fire and Gunpowder. Johns Hopkins University Press, 1999, S. 74, siehe Bert Hall im Vorwort zum Nachdruck 1999, S. XXIV. Die zweifelhafte Rekonstruktion liefert eine von zeitgenössischen und späteren Rezepten abweichende Zusammensetzung in fast gleichen Anteilen (sieben Teile Salpeter, fünf Teile Haselholz-Kohle und fünf Teile Schwefel).
Im arabischen Raum beschreibt der syrische Autor Hasan al-Rammah in einem Buch über berittenen Kampf und den Einsatz von Kriegsmaschinen (Al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya) von etwa 1285 die Herstellung von Schwarzpulver, insbesondere die erforderliche Reinigung des Kaliumnitrats.