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

Вступление

В данной статье мы рассмотрим дымный или черный порох, который представляет собой смесь нитрата калия, серы и древесного угля. Черный порох стал первым взрывчатым составом, который получил массовое применение в военном деле. Более того: многие века порох оставался практически единственным взрывчатым веществом, известным человеку. Можно с уверенностью сказать, что без черного пороха наша история была бы совершенно иной.

Изобретение дымного пороха произошло в глубокой древности. Считается, что взрывчатые смеси, аналогичные дымному пороху, были известны за много лет до нашей эры в Китае и Индии. Наиболее вероятно, что из Китая и Индии сведения о дымном порохе попали сначала к арабам, а затем и к народам Европы. Заинтересованные читатели могут ознакомиться с историей создания и применения пороха, прочитав увлекательную книгу Дж. Келли Порох. От алхимии до артиллерии: история вещества, которое изменило мир , Колибри, М, 2005

1. Состав.

С 1650 года и до настоящего времени "классический" дымный порох с некоторыми отклонениями имеет следующий состав (по весу):

75% калиевой селитры
15% угля
10% серы.

В экспериментах мы будем придерживаться именно этого рецепта.

"Вот точнейшая и Превосходнейшая пропорция сих трех вещей, - писал один старинный автор.- И так это устроено, что, если положишь больше или меньше Соли, сила убавится" [Дж. Келли Порох. От алхимии до артиллерии: история вещества, которое изменило мир].

С другой стороны, существует множество рецептов дымного пороха, которые отличаются соотношением компонентов. Конкретный состав пороха зависит от того где и когда он был изготовлен, а также от назначения смеси.

В таблице 1 даны несколько вариантов состава черного пороха (в % вес.), которые использовались в прошлом. В таблице 2 приведены составы порохов, которые применялись в первой половине 20 века [А. Штетбахер Пороха и взрывчатые вещества, ОНТИ, 1936 ].

Таблица 1

Таблица 2

В охотничьих сортах черного пороха содержание селитры иногда немного увеличивали, например, французский и немецкий охотничьи пороха содержали 78% селитры, 10% серы и 12% угля. В минных сортах (для производства взрывных работ), наоборот, содержалось больше серы и угля; например, в России применялась смесь: 66,6% селитры, 16,7% серы и 16,7% угля [Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона, статья "Порох"]. В сорта пороха, предназначенные для ракет, добавляли больше угля.

В следующей части статьи мы подробно рассмотрим компоненты дымного пороха - нитрат калия, серу и уголь.

Современные дымные пороха изготовляются в виде зерен неправильной формы. В зависимости от состава компонентов различают четыре сорта дымного пороха: военный, охотничий, бессерный с размером зерен 0,75-1,25 мм, и шнуровой порох, в 1 грамме которого содержится от 400 до 7000 зерен.

В зависимости от размера зерен (частиц) различают следующие марки военного дымного пороха:

— Пушечный призматический, размер зерен 25,0-40,0 мм.
— Пушечный, 7,0-21,0 мм.
— Крупнозернистый дымный ружейный порох, КЗДП — 5,1-10,2 мм.
— Дымный ружейный порох ДРП №1 — 1,25-2,0 мм.
— Дымный ружейный порох ДРП №2 — 0,75-1,25 мм.
— Дымный ружейный порох ДРП №3 — 0,15-0,75 мм.

Составы дымного пороха установлены окончательно в конце 17 века и не претерпели существенных изменений до настоящего времени. Дымный порох включает в себя следующие вещества в различных соотношениях: окислитель — калиевую селитру, горючее — древесный уголь и цементатор — серу.

Отдельные компоненты в составе дымного пороха.

Селитра (калиевая селитра KNO3) в составе дымного пороха.

Селитра является окислителем и при нагревании легко отдает кислород. Выделяющийся кислород окисляет серу и уголь. С увеличением содержания селитры в до определенного предела (~80%) сила пороха возрастает и увеличивается скорость его горения.

В природе много веществ, богатых кислородом, но для целей пороходелия находит применение почти исключительно калиевая селитра, так как она в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к окислителям в составе пороха. Имеет малую гигроскопичность и невысокую чувствительность.

Уголь в составе дымного пороха.

Уголь является горючим веществом. Для пороходелия употребляется древесный уголь (преимущественно ольховый или крушинный) с содержанием 72-80% углерода. Уголь из пород деревьев применять нежелательно, так как пороха, приготовленные с использованием такого угля, трудно воспламеняются. При увеличении количества угля в порохе скорость горения пороха снижается, но с увеличением содержания углерода в угле - увеличивается.

Сера в составе дымного пороха.

Сера (S) служит цементатором между селитрой и углем, придавая пороху определенную механическую прочность. Кроме того, сера является горючим компонентом и облегчает воспламенение пороха, так как воспламеняется при более низкой температуре, чем уголь. Температура воспламенения серы ниже, чем у древесного угля.

От увеличения содержания серы в порохе сила пороха и скорость горения уменьшаются. Сера встречается в кристаллической и аморфной формах. В пороходелии применяется сера только кристаллической формы с температурой плавления 114,5 градуса.

Некоторые свойства дымного пороха.

Дымный порох является малогигроскопичным веществом, что определяется свойствами компонентов. Древесный уголь плохо смачивается (гигрофобное вещество), а калиевая селитра и сера имеют малую гигроскопичность. Дымный порох обладает высокой химической стойкостью, то есть характеризуется высокой сохраняемостью при нормальных условиях эксплуатации.

Наличие невысоких энергетических и баллистических характеристик исключает возможность использования дымного пороха для метательных зарядов артиллерийских систем. Однако дымный порох широко применяется на практике:

— В воспламенителях основных зарядов в ствольной и ракетных системах (КЗДП, ДРП №1, ДРП №2, ДРП №3, бессерный).
— В замедлителях и усилителях огня в дистанционных устройствах снарядов (трубках и взрывателях) для обеспечения разрыва снарядов в любой точке траектории (ДРП № 1,2,3).
— В вышибных зарядах для снарядов шрапнельного типа, зажигательных и осветительных снарядах.
— В огнепроводных шнурах (шнуровой порох).
— В охотничьих (охотничий).
— В горном деле, при добыче декоративного камня, например, мрамора и гранита, которые нужно откалывать глыбами, а не дробить на мелкие куски, то есть без бризантного эффекта.
— В других областях.

Изделия из дымного пороха.

Все изделия из дымного пороха можно разделить на две группы. К первой группе относятся фигурные пороха — пороха кубической и призматической формы, воспламенители, петарды для капсюльных втулок и некоторые другие (КЗДП, ДРП №1). Эта пороховые элементы изготавливаются отдельно от деталей элементов выстрела, в которые они затем вставляются.

Ко второй группе относятся пороховые детали взрывателей — пороховые замедлители, предохранители и усилители. Эти изделия чаще всего впрессовывают в соответствующую деталь трубки или взрывателя (ДРП №2, ДРП №3).

Отдельно выделяется огнепроводный шнур, который представляет собой слабоспрессованную сердцевину из шнурового пороха, плотно охваченную снаружи хлопчатобумажной пряжей. Внутри пороховой сердцевины для равномерного распределения пороха по всей длине шнура пропущена направляющая хлопчатобумажная нить.

Дымный порох можно использовать (и длительное время использовали) в качестве ракетных зарядов. Однако, его недостаточные энергетические характеристики, ограниченность возможных конструктивных форм зарядов и их габаритов, а также хрупкость, опасность производства и применения — все это тормозило развитие ракетной техники на основе дымного пороха.

Раньше его было много, был порох «Медведь», «Глухарь» под номерами 2, 3, 4. А особо ценился так называемый Отборный малодымный порох. Раньше сельские охотники из своих берданок 32, 28, 20 калибров стреляли металлическими гильзами капсюль «Центробой» и только дымным порохом и били любого зверя от зайца до лося, а птицу - от перепелки до глухаря. Они не признавали бездымный порох и почему-то ружья большого калибра, начиная от 16 калибра и больше. Сейчас, а особенно в сельской местности, полный развал, безработица, а кто и работает, то зарплату не получает годами. Вот дымный порох и был бы как раз кстати, он все же подешевле.

Дымный порох представляет из себя селитро-сероугольную смесь. В его состав входит 75% калиевой селитры, 15% угля и 10% серы. Назначение этих составляющих в порохе следующее: селитра дает кислород для сжигания горючего угля, сера — цементирует смесь. Кроме того, сера, обладая более низкой температурой воспламенения, чем уголь, ускоряет процесс воспламенения пороха. Калиевую селитру берут для изготовления пороха, как менее гигроскопическую, по сравнению с другими селитрами.

Уголь получается путем обжига несмолистых пород дерева. Качество древесины и степень обжига угля предопределяют и качество пороха. По степени обжига различают угли: черный, бурый и шоколадный. Чем ниже степень обжига, тем меньше скорость его горения, тем хуже порох. Более полное и однообразное размельчение составных частей дымного пороха имеет очень большое значение.

Дымный порох бывает двух сортов: охотничий отборный порох и охотничий обыкновенный . В зависимости от размеров зерна, каждый сорт пороха может быть четырех номеров:

• Крупный (размер зерна 0,8 — 1,25мм) — N№1
• Средний (размер зерна 0,6 — 0,75мм) — N№2
• Мелкий (размер зерна 0,4 — 0,6мм) — N№3
• Самый мелкий (размер зерна 0,25 — 0,4мм) — N№4
• Удельный вес самого зерна пороха 1,55 — 1,7 для обыкновенного, а для отборного — 1,617-1,672.

Дымный охотничий порох должен обладать следующими качествами:

• Зерна хорошо полированы;
• Цвет зерна — черный или слегка коричневый;
• При осторожном раздавливании зерна, оно не обращается полностью в порошок, а лишь раскалывается на части;
• При рассмотрении частей зерна в лупу 5 — 10-кратного увеличения не должно обнаруживаться белого налета выкристаллизовавшихся зерен селитры или желтоватых крошек серы и других посторонних примесей.

При пересыпании пороха не должно быть слежавшихся комков и пороховой пыли. Дымный порох представляет собой сравнительно слабое взрывчатое вещество: по силе он уступает бездымному пороху раза в три. Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени или искры.

Горение же больших масс его всегда переходит во взрыв. Наличие в порохе большого количества пороховой пыли иногда является причиной разрыва стволов ружей, т.к. горение пыли происходит быстрее, чем горение зерен. Увлажняясь, зерна дымного пороха разрушаются и теряют способность к воспламенению, т.к. из них выщелачивается селитра. Поэтому сам дымный порох и патроны, снаряженные им, следует тщательно беречь от увлажнения.

Дымный порох при сгорании дает 42 — 44% (по весу) газообразных продуктов, остальные 56 — 58% приходятся на твердые остатки в виде облака дыма и нагара в канале ствола. Дымный порох при сгорании выделяет 700 — 770 калорий, продукты горения нагреваются в камере, не поддающейся расширению, до 2700 — 2800С. В стволе охотничьего оружия температура газов ниже: 2200 — 2300С

При снаряжении патронов дымным порохом необходимо применять капсюль «ЦБ» — центробой; применение капсюлей «Жевело-мощный», «КВ-21», «КВ-22», «Жевело-неоржавляющий» не дает ощутимых результатов по увеличению параметров выстрела. Наоборот, применение капсюлей, предназначенных для воспламенения бездымных порохов, приводит (при использовании дымного пороха) к снижению такого параметра выстрела, как кучность.

При сильном капсюле происходит более интенсивное горение дымного пороха, что приводит к резкому возрастанию давления в начальный момент выстрела, а это, в свою очередь, является причиной усиленной деформации дроби в снаряде. И как следствие — снижение кучности. Особенно об этом необходимо помнить тем охотникам, которые используют самодельную дробь из «мягкого» свинца, т.е. без примеси сурьмы.

При стрельбе же пулей, особенно в зимнее время, лучше снаряжать патрон капсюлем «Жевело» и ему подобными.
На основании опытных данных известно, что при нормальных зарядах дымного пороха развиваемые им скорости полета дроби недостаточны для надежного поражения дичи на предельных дистанциях (45 — 50 м)

Достоинства дымного пороха:

• Способность не терять своих свойств при долголетнем хранении. Если порох защищен от проникновения влаги, его можно хранить десятки лет.
• Легкая воспламеняемость даже при слабом капсюле.
• Слабая реакция на изменение плотности заряжения и меньшая чувствительность к качеству пыжей, прокладок и заделке дульца гильзы (завальцовке), чем у бездымного пороха.
• Незначительное воздействие газов на металл стволов.
• Малая восприимчивость к колебаниям внешней температуры (мороз, жара).

Недостатки дымного пороха:

• При попадании влаги навсегда теряет свои качества.
• Сильно загрязняет нагаром стволы.
• Дает громкий звук выстрела и сильную отдачу.
• Сообщает сравнительно небольшую скорость полету дроби.
• Образует при выстреле густое облако дыма, не позволяющее увидеть результаты выстрела (особенно в сырую и безветренную погоду).
• Усложняет процесс снаряжения пластмассовых гильз при больших по калибру навесках дроби, т.к. занимает в гильзе большой объем.
• Исключает использование патронов, снаряженных дымным порохом в полуавтоматическом оружии (особенно газоотводного типа).

Для тяжелых (свыше 3,3кг) ружей с длинными (75см и более) стволами лучше подходят пороха крупных сортов.
Ружья с очень короткими стволами (от 65см и меньше) требуют самого мелкого пороха (N№4). При пристрелке ружья с дымным порохом нужно сначала определить величину снаряда, т.е. количество дроби.

Удовлетворительная резкость боя получается в тех случаях, когда дымного пороха по весу взято приблизительно в шесть (6) раз меньше, чем дроби, а отличная резкость бывает, если пороха взять в пять(5) раз меньше, чем дроби. В этих пределах и приходится искать величину порохового заряда к ружьям 12 и 16 калибров.

Пристрелка малых калибров (20, 28, 32) отличается от пристрелки ружей 12 и 16 калибров. Правило относительно величины дробового заряда и для этих ружей остается в силе. Что же касается пороха, то его, по сравнению с дробью, приходится класть значительно меньше, чем в ружьях больших калибров. Объясняется это тем, что в трубках малого поперечника пороховые газы развивают значительно большие давления, вследствие чего нужная начальная скорость дроби, т.е. резкость боя, достигается и в тех случаях, когда дроби положено в семь и даже в восемь раз больше, чем пороха.

Необходимо заметить, что пристрелять ружье дробью и вообще добиться приличного боя при использовании дымного пороха гораздо труднее, чем при использовании бездымного пороха. Объясняется это, в первую очередь, тем, что дымный порох дает гораздо большие дульные давления, чем бездымный порох, а это приводит к ухудшению равномерности и кучности осыпи.

Отвечая на вопрос, почему раньше охотники предпочитали, особенно в сельской местности, дымный порох бездымному, можно сказать, что ничего удивительного в этом нет. Дымный порох был дешевле бездымного, более того, он позволял снаряжать патроны с использованием латунных гильз и капсюлем «Центробой» — опять же выигрыш в цене.

В те далекие времена, почти еще не было пластмассовых гильз, а бумажные гильзы не шли ни в какое сравнение по долговечности с латунными. Купив 50 — 100 шт. латунных гильз, охотник решал проблему с гильзами на долгие годы. Дымный порох нечувствителен к способу завальцовки гильзы, охотники могли свободно дробовой пыж в латунной гильзе закреплять стеарином, парафином, канифолью, клеем БФ и т.д., на режиме горения дымного пороха это никак не сказывалось. Упрощалась переснарядка патрона (гильзы).

Одним словом, раньше дымный порох был более освоен охотниками; переход же на бездымные пороха потребовал определенного времени, изменения привычек охотников, повышения их технической культуры в снаряжении патронов. Дымный порох не требует применения аптекарских весов, достаточно мерки.

Стремление же охотников использовать на охотах ружья 20, 28, 32 калибров объясняется просто. Во-первых, это обеспечивало охотников оружием меньшей массы, что очень важно на всех ходовых охотах. Во-вторых, требовало меньше дроби и пороха при снаряжении патрона, что опять таки удешевляло патрон. В-третьих, носить с собой запас патронов, снаряженных в латунные гильзы 12 калибра и 20 калибра — это большая разница.

Стрельба же пулей из 20 калибра, при хорошей стрелковой подготовке охотника, позволяет добывать многих крупных животных. Использование же на подобных охотах 28 и 32 калибра — это скорее всего необходимость, а не целесообразность.

В заключение можно сказать, что жизнь сама все расставила на свои места, и, если бы дымный порох был более перспективен, чем бездымный, он имел бы до сих пор широкое распространение. Тяжелое экономическое положение охотников в сельской местности известно всем, но это не означает, что дымный порох перспективнее бездымного. Выпускать дымный порох возможно и нужно, но и то лишь для того, чтобы у охотников был выбор.

Американец Коди Дон Ридер, ведущий канала Cody"s Lab на YouTube, решил проверить старинный способ приготовления дымного пороха из соломы, золы, угля и ржавчины.

По его словам, умение готовить такой порох сильно пригодится во время какого-либо сценария возможного апокалипсиса, когда запасы патронов будут израсходованы. Способ приготовления пороха, выбранный Ридером, действительно прост, но требует много времени на подготовку.

Для начала Ридер подготовил селитряницу. Для этого он уложил на углубление в земле полотно из тканого поливинилхлорида, на одну половину положил солому, перемешанную с известняком, затем облил эту кучу собственной мочой и укрыл сверху второй половиной полотна. Эти действия необходимы для получения нитрата кальция. По словам Ридера, перегнивающую кучу необходимо перемешивать раз в месяц. Чем дольше будет идти процесс, тем больше в куче образуется нитрата кальция.

В этом процессе моча необходима как источник мочевины. Это вещество в процессе нитрификации (окисления бактериями) превращается сначала в азотистую, а затем и в азотную кислоту. Последняя реагирует с известняком с образованием нитрата кальция.

Gunpowder From Urine, Part 1

Из селитряницы Ридер взял небольшое количество перегноя и промыл его в воде, в которой прошло выщелачивание нитрата кальция. Затем Ридер вылил воду после промывки в древесную золу, которая привела к осаждению карбоната кальция и растворению в воде нитрата калия, или калиевой селитры.

Раствор, получившийся после осаждения карбоната кальция, Ридер выпарил, получив кристаллы нитрата калия и азотнокислого натрия. Для последующей очистки Ридер еще несколько раз растворял полученные вещества в воде и снова выпаривал. В итоге, очищенную калийную селитру американец смешал с древесным углем и ржавчиной. Затем эту смесь он немного смочил водой и получившуюся пластичную массу протер через сито для получения пороховых столбиков. В таком виде порох сгорает быстрее и эффективнее.

Испытания первой партии пороха проводились на металлической трубе, заряженной свинцовым шариком. Труба выстрелила, однако шарик не смог пробить стоявшую рядом фанеру. Тогда Ридер решил усовершенствовать рецепт: для осаждения нитрата кальция он использовал большее количество золы и спирт, а ржавчину заменил серой. Для получения серы американец нашел серосодержащие породы, из которых выделял серу в специальной печи, нагревая ее до 800 градусов Цельсия.

Gunpowder From Urine Part 2

Порох, приготовленный по доработанному рецепту, оказался более энергетическим. Ридер засыпал его в гильзу ружейного патрона, зарядил ее свинцовым шариком и выстрелил по старому заброшенному автомобилю. Пуля смогла пробить насквозь металлическую дверь машины.

Этот способ приготовления пороха, безусловно, хорош для выживания в условиях апокалипсиса, однако полученный таким образом дымный порох будет плохо сказываться на состоянии оружия: его придется чистить от нагара гораздо чаще, чем обычно.

Состав дымных порохов.

Состав дымных порохов, установленный в конце XVIII в. на основе работ М. В. Ломоносова, не претерпел существенных изменений до настоящего времени.

Отдельные компоненты в составе дымных порохов имеют следующее назначение.

Селитра является окислителем и при нагревании легко отдает кислород. Выделяющийся кислород окисляет серу и уголь.

С увеличением содержания селитры в порохе до определенного предела (~80%) сила пороха возрастает и увеличивается скорость его горения. В природе много веществ, богатых кислородом, но для целей пороходелия находит применение почти исключительно калиевая селитра, так как она в наибольшей степени удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к окислителям в составе пороха (малая гигроскопичность и невысокая чувствительность) .

Уголь является горючим веществом. Для пороходелия употребляется древесный уголь (преимущественно ольховый или крушинный) с содержанием 72--8ОУо углерода. Уголь из смолистых пород деревьев применять нежелательно, так как пороха, приготовленные с использованием такого угля, трудно воспламеняются. При увеличении количества угля в порохе скорость горения пороха снижается, но с увеличением содержания углерода в угле -- увеличивается.

Сера, с одной стороны, является цементатором, связывающим селитру с углем, а с другой, -- горючим веществом, облегчающим воспламенение пороха, так как сера воспламеняется при более низкой температуре, чем уголь. От увеличения содержания серы в порохе сила пороха и скорость горения уменьшаются. Сера встречается в кристаллической и аморфной формах. В пороходелии применяется сера только кристаллической формы с температурой плавления 114, 5 .

Свойства дымных порохов. Цвет дымных пороков бывает от сине-черного до серо-черного с металлическим блеском. Интенсивно черный цвет указывает на присутствие в порохе большого количества влаги. Хороший порох сравнительно трудно раздавливается между пальцами, не пачкает рук и при насыпании его на бумагу даже с высоты 1 м совершенно не оставляет пыли.

Насыпанный на лист бумаги порох при зажжении должен быстро вспыхнуть и образовать вертикальный столб дыма, при этом бумага не должна загораться и на ней не должно оставаться следов копоти (обугливания).

Дымный порох легко воспламеняется под действием пламени и искры. Температура вспышки его около 300. Удар молнии всегда вызывает взрыв. Небольшие количества пороха только вспыхивают при зажжении, а большие взрываются.

Плотность пороха может изменяться в пределах 1, 6--1, 93 см 3 . Гравиметрическая плотность 0, 8--1, 0 кг/л. Дымный порох обладает высокой химической стойкостью.

Увеличение количества влаги оказывает значительное влияние на воспламеняемость пороха. При содержании влаги свыше 2% порох трудно воспламеняется, а при 15% влаги он совсем теряет способность к воспламенению.

Дымный порох чувствителен к удару и трению. По чувствительности к удару он превосходит некоторые бризантные ВВ.

Удар пули при скорости более 500 м/сек вызывает почти всегда взрыв пороха.

При трении между поверхностями железа или камня дымный порох вспыхивает или взрывает.

Скорость горения пороха зависит от состава пороха, внешнего давления и от плотности пороховых элементов.

Состав пороха, т. е. соотношение составных частей, как уже выше указывалось, оказывает влияние на скорость горения, но ввиду того, что состав современных военных порохов почти одинаков, влияние этого фактора очень небольшое.

Опыты показали, что при давлении около 450 мм рт. ст. начинается частичное затухание горящего пороха в дистанционных трубках (затухает примерно 20--30% трубок), а при давлениях ниже 350 мм рт. ст. затухают все трубки.

Скорость горения дымных порохов, запрессованных в дистанционные кольца, при сжигании на воздухе 8--10 мм/сек.