Химия и Химики № 1 2013. Порох Бертолле (порох на основе хлората калия)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Взрывчатые вещества на основе хлората калия (вступление)

Несмотря на то, что огнестрельное оружие известно человеку уже примерно тысячу лет [1], история его эффективного применения насчитывает всего несколько столетий. Причин этому много, но, прежде всего, следует назвать две: несовершенство средневекового огнестрельного оружия и дефицит пороха.

Для изготовления черного пороха требовалась калиевая селитра, которая была в избытке в странах с жарким климатом и чередованием засушливого периода с сезоном дождей (Индия, Китай). В Европе, а позже и в Северной Америке, селитру приходилось получать из перегнивших органических отходов. Процесс этот был медленным, трудоемким, "грязным" и малопродуктивным. Проблемы с селитрой сдерживали производство пороха, а соответственно - применение пушек, аркебуз и мушкетов.

Захватив контроль над Индией, Великобритания получила доступ к богатому источнику качественной калиевой селитры, которую так и называли "индийская селитра". Однако этой привилегией могли пользоваться только сама Великобритания и дружественные ей страны. Остальные страны (например, Франция времен Лавуазье) если и покупали порох из индийской селитры, то только через посредников по непомерно завышенным ценам.

Веками черный порох был практически единственным известным человеку взрывчатым веществом. Боеспособность армий определялась не только числом и подготовкой солдат, мастерством полководцев, количеством и качеством оружия, а и тем, сколько пороха было в их распоряжении [2].

Приготовление пороха было невозможно без калиевой селитры. Пока химия была в зачаточном состоянии, с таким положением дел приходилось мириться, но это не могло продолжаться вечно. Как заманчивая альтернатива калиевой селитре появился хлорат калия, на основе которого французский химик Клод Луи Бертолле приготовил новый порох, о котором пойдет речь ниже.

Отметим только, что комбинация хлорат калия - уголь - сера была далеко не единственной. В качестве взрывчатых веществ были предложены, например, смеси:

хлората калия с сахарозой;
хлората калия с сахарозой и желтой кровяной солью;
хлората и роданида калия;
хлората калия и декстрина;
хлората калия и серы (смесь Матюкевича) и др.

Желающим более детально узнать про взрывчатые вещества на основе хлората калия рекомендуем книги:

Чувурин А.В. Занимательная пиротехника ссылка

Веннен Л., Бюрло Э., Лекорше А. Пороха и взрывчатые вещества. / Под редакцией Сапожникова А.В. (1936) ссылка

________________________________________________________
¹ В Китае "огненное копье" - древнейший прототип ручного огнестрельного оружия было известно с X века.

² Для иллюстрации сказанного приведем цитату из книги Келли Дж. - Порох. От алхимии до артиллерии: история вещества, которое изменило мир ссылка

Когда юная американская армия осадила британцев в Бостоне, все это рискованное предприятие покоилось на очень шатких основаниях. В августе 1775 года Джордж Вашингтон писал из Кембриджа: "Наше положение по части пороха гораздо более серьезно, чем я мог себе представить. У нас едва наберется тридцать два бочонка".

Это означало - всего полфунта на солдата. К концу месяца запас стал еще меньше. О том, чтобы стрелять из прожорливых пушек, вообще практически не было речи. Глядя на Бостон с холма Проспект-хилл, генерал Натаниэл Грин сокрушался: "О, если бы у нас было достаточно пороха! Тогда я бы мог надеяться увидеть, как здесь будет совершено нечто, что послужит к вящей славе Америки".

<...>

К Рождеству 1775 года Вашингтон решительно заявил: "Наша потребность в порохе необычайна. Ежедневный расход и отсутствие пополнения запасов делает перспективы самими мрачными". К середине января запасы практически иссякли. А у генерала Хау в это время, как назло, были в распоряжении целые тонны пороха, и он мог рассчитывать на регулярные поставки морем. Если бы он решил прорваться из Бостона, он мог бы сокрушить маленькую армию Вашингтона и положить конец американской свободе. Но он слишком долго выжидал.

Порох Бертолле: изготовление

Порох Бертолле аналогичен черному (дымному) пороху с той разницей, что вместо калиевой селитры используется бертолетова соль, он имел следующие пропорции ингредиентов (% мас.):

хлорат калия - 75
сера - 12.5
уголь - 12.5

Как было установлено позже, полное сгорание такого пороха происходит при другом соотношении ингредиентов (% мас.):

хлорат калия - 82.4
сера - 8.8
уголь - 8.8

Данный состав носит название "порох Коссиньи", уравнение его взрывного разложения имеет вид:

22KClO₃ + 9S + 24C = 24СO₂ + 9SO₂ + 22KCl

Однако остановимся на порохе Бертолле.

Перед тем как приступить к изготовлению пороха Бертолле, нужно четко знать технику безопасности.

Во-первых, данная смесь очень чувствительна к механическим воздействиям, поэтому надо растирать хлорат калия и серу с углем по отдельности, и только потом аккуратно смешивать их на листке бумаги.

Во-вторых, при опытах стоит постоянно помнить, что с порохом Бертолле нельзя работать так же, как с обычным черным порохом. Черный порох малочувствителен к трению и имеет невысокую чувствительность к удару. Порох Бертолле наоборот может легко взорваться и от трения, и от удара или надавливания. Так что не забывайте, с чем вы имеете дело.

Например, если вы попробуете забивать порох Бертолле в трубку, то в отличие от обычного черного пороха он может воспламениться (или взорваться) даже от несильного давления.

И, в-третьих, порох Бертолле не стоит долго хранить - используйте его сразу после изготовления (или через несколько дней, но не затягивайте).

Стоит вспомнить, что порох Бертолле не получил широкое применение не только по причине высокой чувствительности, но и за способность воспламеняться при хранении на влажном воздухе [K1]. И это несмотря на то, что на момент открытия порох Бертолле превосходил по мощности все известные на то время пороха.

Теперь, когда с теорией более-менее разобрались, перейдем к практике. Для изготовления пороха Бертолле было решено взять 0.5 грамма хлората калия, 0.08 грамм серы и 0.08 грамм угля [3] (см фото).

_______________________________________________
³ Для приготовления пороха Бертолле был использован самодельный ольховый уголь.

Перетирали хлорат калия и серу с углем по отдельности (это важно!), а после высыпали оба порошка на лист бумаги и аккуратно смешали с помощью куриного пера.

Чтобы узнать, что мы не ошиблись в пропорции, полученный порох подожгли на листе бумаги, произошла вспышка с характерным звуком (что-то среднее между хлопком и шипением).

Неудобно было то, что, для каждого опыта пришлось готовить новую кучку смеси. Разумеется, можно приготовить сразу много пороха Бертолле, но я лично этого делать не советую. Если неожиданно "хлопнут" приготовленные нами 0.7 грамм пороха, то можно отделаться лишь легким удивлением, однако, несколько грамм такого пороха могут здорово ударить по ушам.

Смотреть Видео (7 Мб, .avi )

Комментарии читателей

^К1 Окисление серы кислородом воздуха в присутствии воды при хранении пороха Бертолле приводит на первой стадии к образованию на поверхности частиц серы политионовых кислот. Простейшая из них - тетратионовая - имеет состав H₂S₄O₆, или HO(SO₂)SS(SO₂)OH.

В свою очередь, ионы водорода ускоряют реакции окисления хлоратом серы и ее соединений, которые приводят к образованию еще более сильной серной кислоты. Развивается автокаталитический процесс, сопровождающийся выделением энергии, что и приводит к воспламенению смеси. Можно ожидать, что добавка небольшого количества негигроскопичных оснований (например, карбоната стронция или бария) способна несколько стабилизировать смесь при хранении.

По аналогичным причинам еще более "дурным нравом" обладает смесь хлората калия и красного фосфора.