Barut

Sa Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na: navigacija, traži
Barut
Barut u staklenoj posudi, Rusija
Crtež drevnog kineskog vojnika s raketom
Bronzani ručni top iz dinastije Yuan, 13. ili 14. vijek, Kina

Barut ili puščani prah je najstariji poznati hemijski eksploziv. To je smjesa sumpora, drvenog uglja i kalij-nitrata. Sumpor i ugalj djeluju kao gorivo dok je kalij-nitrat oksidacijsko sredstvo.[1][2] Zbog svojih zapaljivih osobina, količine toplote koju oslobađa i zapremine gasova koje proizvodi, barut se najčešće koristi kao pogonsko sredstvo u vatrenom oružju i kao pirotehnički sastojak u vatrometu. Smjesa korištena za razaranje stijena (kao naprimjer u kamenolomu) zove se prah za miniranje.

Barutu je dodijeljen UN broj UN0027 te je svrstan u klasu opasnosti 1.1D. Tačka paljenja iznosi približno 427–464 °C. Konkretna tačka paljenja može odstupati u zavisnosti od hemijskog sastava baruta. Relativna gustoća baruta iznosi 1,7 do 1,82 (po živinom metodu) odnosno 1,92 do 2,08 (mjereno piknometrom). pH vrijednost baruta je između 6,0 i 8,0. Također se smatra nerastvorljivim materijalom.[3]

Prema većini historičara, smatra se da je barut izmišljen u 9. vijeku u Kini,[4][5] dok su se najraniji zapisi formule za njegovu izradu pojavili u 11. vijeku u tekstu iz dinastije Song, Wujing Zongyao.[6] Njegovo otkriće dovelo je najprije do otkrića vatrometa te primitivnog vatrenog oružja u Kini. U vijekovima nakon kineskog otkrića, oružja s barutom su se počela pojavljivati u muslimanskom svijetu, Evropi i Indiji. Tehnologija baruta se iz Kine prvo raširila preko Centralne Azije na Srednji istok pa potom u Evropu.[7] Rani zapadnjački izvještaji o barutu počeli su se javljati u tekstovima koje je napisao engleski filozof Roger Bacon u 13. vijeku.[8]

Barut je svrstan u slabije eksplozivne materijale zbog svoje relativno spore brzine raspadanja i, uzročno-posljedično, niske brizantnosti. Slabi eksplozivi deflagriraju (tj. sagorijevaju) podzvučnim brzinama, dok snažni eksplozivi detoniraju proizvodeći nadzvučne valove. Brzina sagorijevanja baruta se povećava povećanjem pritiska, tako da u zatvorenoj posudi može eksplodirati a izvan nje samo sagorijeva. Zapaljenje baruta zapakovanog iza metka mora dati dovoljno pritiska da zrno izbaci iz cijevi velikom brzinom, ali ne i previše da se ne raspadne čahura odnosno cijev. Stoga barut predstavlja vrlo dobro pogonsko gorivo, ali je manje pogodan za razbijanje stijena ili utvrđenja. On se koristio za punjenje artiljerijskih granata, za miniranje i u građevinarstvu za grubo uklanjanje stijena, sve do druge polovine 19. vijeka kada su napravljeni prvi pravi eksplozivi (nitro-eksplozivi). Danas se barut ne koristi za moderne eksplozivne bojne glave, niti se koristi kao glavni eksploziv u aktivnostima miniranja terena zbog troškova njegovog dobijanja u odnosu na nove alternativne eksplozive poput amonij-nitrata/tečnog goriva (ANFO).[9] Crni barut se još koristi kao element za usporenje eksplozije u raznim municijama gdje se traže sporogoreće osobine.

Historija[uredi | uredi izvor]

Smatra se da je barut izmišljen u Kini kada su taoisti pokušali sačiniti napitak besmrtnosti. Nedugo poslije, kineske vojne snage su počele su koristiti vatreno oružje na bazi baruta (poput raketa, pištolja i topova) te eksplozivna sredstva (tj. granate i razne vrste bombi) u borbama protiv Mongola kada su oni pokušali izvršiti invaziju i uništiti gradske odbrambene zidine na sjevernim granicama Kine. Nakon što su Mongoli osvojili Kinu i osnovali dinastiju Yuan, i oni su počeli koristiti kinesku vojnu tehnologiju na bazi baruta u svom pokušaju da osvoje Japan. Također su koristili barut kao gorivo za rakete.

Većina naučnika smatra da se nakon otkrića baruta u Kini, on proširio preko Bliskog istoka sve do Evrope,[7] mada među njima postoji neslaganje o tome koliko je kinesko napredovanje u ratovanju pomoću baruta utjecalo na njegov kasniji napredak na Bliskom istoku i Evropi.[10][11] Širenje baruta iz Kine po Aziji vrlo često se pripisuje Mongolima. Jedan od prvih primjera kada su se Evropljani susreli sa vatrenim oružjem i barutom bila je bitka na rijeci Šajo 1241. godine. U toj bici, Mongoli ne samo da su koristili barut u primitivom kineskom vatrenom oružju već i prve primitivne granate.

Osnovni problem koji se javlja u proučavanju rane historije baruta je teži pristup izvorima bliskim opisanim događajima. Vrlo često, prvi zapisi dosta subjektivno opisuju upotrebu baruta u vojnim sukobima, a pisani su čak i nekoliko vijekova nakon dešavanja, te su u znatnoj mjeri "obojeni" tadašnjim iskustvima hroničara.[12] Također relativno je teško tačno prevesti originalne alhemijske tekstove, naročito srednjovjekovne kineske tekstove, kojima se pokušava objasniti fenomen pomoću metafora, u moderni naučni jezik sa stogo definiranom terminologijom. Poteškoće oko prevoda doveli su i do grešaka ili proizvoljnih interpretacija koji se graniče sa umjetničkom slobodom.[13][10] Rani natpisi koji možda spominju barut su ponekad u lingvističkom procesu označeni takozvanom semantičkom promjenom (gdje stare riječi dobijaju nova značenja).[14] Naprimjer, arapska riječ naft prešla je iz značenja kojim je označava naftu u značenje baruta, dok je kineska riječ pao evoluirala iz značenja za katapult u riječ koja označava top.[15]

Muslimani su dobili znanja o barutu u periodu između 1240. i 1280, u vrijeme kada je Sirijac Hasan al-Rammah na arapskom napisao recepte za barut, uputstva za pročišćavanje šalitre te opise za načine paljenja baruta. Barut je iz Kine na Bliski istok vjerovatno došao preko Indije. Na ovo upućuje al-Rammahovo korištenje pojmova "koji sugeriraju da je on svoje znanje dobio iz kineskih izvora", a također i njegovo spominjanje šalitre pod pojmom "kineski snijeg" (arap. ثلج الصين -saldž al-ṣīn), dok vatromet opisuje kao "kineske cvjetove" a rakete kao "kineske stijele".[16] Ipak, pošto je al-Rammah svoje tekstove posvetio "svom ocu i precima", Ahmed Y. al-Hassan smatra da se barut raširio po Siriji i Egiptu "krajem 12. ili početkom 13. vijeka".[17] Perzijanci su šalitru nazivali "kineska so"[18][19] ili "so iz kineskih slanih močvara" (per. نمک شوره چيني -namak šūra hīnī).[14][8]

Najraniji sačuvani dokumentovani dokazi korištenja ručnih pištolja, za koje se smatra da su najstarija vrsta malehnog, prenosivog vatrenog oružja i prethodnih današnjih pištolja, potiču iz nekoliko arapskih rukopisa datiranih u 14. vijek.[20] Al-Hassan smatra da su oni bili zasnovani na ranijim originalima i da se u tim rukopisima navodi da su ručne topove koristili Memluci u bici kod Ain Jaluta 1260. godine.[17] Hasan al-Rammah je u svoj tekst pod naslovom Al-furusijah ve al-manasib al-harbija (Knjiga vojne konjice i domišljatih vojnih uređaja), uključio 107 recepata za spravljanje baruta, od čega je 22 za rakete. Ako se uzmu srednje vrijednosti za 17 od 22 ove smjese za rakete (75% nitrata, 9,06% sumpora i 15,94% uglja), dolazi se do gotovo identičnog "recepta" za idealni moderni barut od 75% kalij-nitrata, 10% sumpora i 15% ugljika.[17]

Proizvodnja baruta kontrolirana od strane države u Osmanlijskom carstvu, kroz rani oblik lanca dobavljača kojim su se nabavljali nitrati, sumpor i visokokvalitetni ugalj od hrastova iz Anadolije, doprinio je značajnom širenju baruta od 15. do 18. vijeka. Takva proizvodnja trajala je sve do kasnog 19. vijeka, kada je znatno smanjena, što približno odgovara i padu vojne moći carstva.[21]

Sastav i osobine[uredi | uredi izvor]

Pojam crni barut skovan je krajem 19. vijeka, uglavnom u SAD, da bi se razlikovale raniji recepti za pravljenje baruta od novih bezdimnih barutnih vrsta i poludimnih puščanih prahova, u slučajevima kada se ti pojmovi ne odnose na kordit. Poludimni baruti imaju većinu osobina sličnih crnom barutu, ali u proizvode znatno manju količinu dima i proizvoda sagorijevanja. Bezdimni barut ima dosta drugačije osobine sagorijevanja (pritisak u odnosu na vrijeme) i može proizvesti viši pritisak i rad po jednom gramu. Njegova upotreba u starijim oružjima, dizajniranim za crni barut, može ih uništiti. Bezdimni može biti raznih boja, od smeđih do žutih i bijelih nijansi. Većina poludimnih baruta se prestala proizvoditi 1920tih.[22][23][24]

Crni barut je granularna smjesa:

  • nitrata, obično kalij-nitrata (KNO3), koji u reakciji sagorijevanja služi kao izvor kisika;
  • drveni ugalj, koji u reakciji služi kao podloga za ugljik i druge izvore goriva, a pojednostavljuje se kao ugljik (C);
  • sumpor (S), koji služi za snižavanje temperature neophodne za zapaljenje smjese, a također služi i kao gorivo za reakciju, pa on time povećava brzinu izgaranja baruta.

Kalij-nitrat je najvažniji sastojak baruta, bilo da se radi o količini ili funkciji jer u se procesu sagorijevanja iz njega otpušta kisik, a potpomaže i brzo sagorijevanje drugih sastojaka.[25] Da bi se spriječila mogućnost nenamjernog zapaljenja baruta statičkim elektricitetom, granule modernog crnog baruta su obično obložene grafitom, koji sprječava nastanak elektrostatičkog naboja. Ugalj se ne sastoji od čistog ugljika. U njemu se nalazi i djelimično pirolizirane celuloze, u kojoj drvo nije u potpunosti raspadnuto. Čisti ugljik se razlikuje od običnog drvenog uglja. Dok je temperatura samozapaljenja uglja relativno niska, kod ugljika je ona znatno viša. Stoga, kada bi u sastavu crnog baruta bio čisti ugljik, on bi sagorijevao poput vrha šibice, što je i najbolje.[26]

Trenutni standardni sastav za crne barute, koje proizvode pirotehničari, usvojen je još tokom 1780tih. Prema težini, proporcije su 75% kalij-nitrata (poznatijeg kao šalitra), 15% mehkog drvenog uglja i 10% sumpora.[27] Ovi odnosi su varirali tokom vijekova i u raznim zemljama, a mogu se donekle promijeniti u zavisnosti od namjene baruta. Naprimjer, stepeni snage crnog baruta, koji nije pogodan za korištenje u vatrenom oružju ali pogodan za miniranje stijena u kamenolomima, naziva se prah za miniranje umjesto "barut" sa standardnim omjerima 70% nitrata, 14% uglja i 16% sumpora. Takav barut se može praviti i sa jeftinijim natrij-nitratom koji zamjenjuje kalij-nitrat a omjeri mogu biti i niži, naprimjer, 40% nitrata, 30% uglja i 30% sumpora.[28] Lammot du Pont je 1857. riješio osnovni problem koristeći formulu sa jeftnijim natrij-nitratom te je takvu formulu patentirao kao DuPont "B" prah za miniranje. Nakon toga, od njega je počeo proizvoditi zrnca pomoću prese na uobičajen način, u kojem je miješao prah sa grafitnom prašinom tokom 12 sati. Time je dobio sloj grafita na svakom zrncu baruta, čime je smanjio njegovu mogućnost upijanja vlage.[10]

Međutim, upotreba grafita i natrij-nitrata nije bila novost. Sjajna zrnca baruta prekrivena grafitom bila su već usvojena tehnika 1839,[29] dok je minerski prah na bazi natrij-nitrita pravljen u Peruu dugi niz godina ranije, koristeći natrij-nitrat iskopan iz rudnika Tarapacá (danas u Čileu).[30] Osim toga, 1846. su izgrađene dvije tvornice na jugozapadu Engleske gdje se pravio minerski prah koristeći peruanski natrij-nitrat.[31] Tu ideju, prema nekima, iz Perua su donijeli rudari iz Cornwalla koji su se vratili kući nakon isteka ugovora. Druga pretpostavka je da je William Lobb, sakupljač biljaka, prepoznao mogućnosti natrij-nitrata tokom svog putovanja u Južnu Ameriku. Lammot du Pont je zasigurno znao o korištenju grafita, a također je mogao znati i za tvornice u jugozapadnoj Engleskoj. U svom patentu, on je bio naročito pažljiv kada je naveo da je njegov patent zapravo kombinacija grafita sa barutom na bazi natrij-nitrata, a ne da se radi o dvije zasebne tehnologije.

Francuski ratni barut iz 1879. sastojao se iz 75% šalitre, 12,5% uglja i 12,5% sumpora. Engleski ratni barut iz 1879. koristio se u omjeru 75% šalitre, 15% uglja i 10% sumpora.[32] Britanske Congrevove rakete koristile su smjesu 62,4% šalitre, 23,2% uglja i 14,4% sumpora, dok je britanski barut Mark VII izmjenio omjer na 65% šalitre, 20% uglja i 15% sumpora.[33] Objašnjenje za veliki raspon u omjerima povezano je sa načinima upotrebe takvih baruta. Barut korišten za rakete može imati znatno sporiju brzinu izgaranja jer on ubrzava projektile daleko duži vremenski period, dok barut za oružje poput puški kremenjača, mušketa, kubura i slično treba znatno višu brzinu sagorijevanja da ubrza metak u dosta kraćem vremenu. Topovi su obično koristili sporogoreće barute, jer bi mnogi mogli napuknuti sa brzogorećim barutima.

Osobine sagorijevanja[uredi | uredi izvor]

Najjednostavnija, često navođena, hemijska jednačina za sagorijevanje crnog baruta je:

2 KNO3 + S + 3 CK2S + N2 + 3 CO2.

Balansirana, ali i dalje pojednostavljena, jednačina glasila bi:[34]

10 KNO3 + 3 S + 8 C → 2 K2CO3 + 3 K2SO4 + 6 CO2 + 5 N2.

Iako hemijska formula uglja varira, ona približno može biti predstavljena njegovom empirijskom formulom: C7H4O. Stoga, znatno tačnija jednačina raspadanja običnog crnog baruta koji se koristi sa sumporom, može biti opisana ovako:

6 KNO3 + C7H4O + 2 S → K2CO3 + K2SO4 + K2S + 4 CO2 + 2 CO + 2 H2O + 3 N2

Sagorijevanje crnog baruta bez upotrebe sumpora:

10 KNO3 + 2 C7H4O → 5 K2CO3 + 4 CO2 + 5 CO + 4 H2O + 5 N2

Sagorijevanje baruta se ne odvija u jednoj reakciji, ipak, nusproizvode reakcije nije lahko predvidjeti. Jedna studija je pokazala da je nastalo (u opadajućem nizu prema količinama) 55,91% čvrstih proizvoda: kalij-karbonat, kalij-sulfat, sumpor, kalij-nitrat, kalij-tiocijanat, ugljik i amonij-karbonat te 42,98% gasovitih proizvoda: ugljik-dioksid, dušik, ugljik-monoksid, vodik sulfid, vodik i metan kao i 1,11% vode.

Crni barut napravljen sa jeftinijim i dostupnijim natrij-nitratom (u odgovarajućim proporcijama) djelovao je jednako dobro ali je bio i puno više osjetljiv na vlagu od baruta napravljenih od kalij-nitrata, poznatijeg pod nazivom šalitra. Pošto su zrnca crnog baruta napravljenog od šalitre mnogo bolje podnosila vlagu u zraku, on se mogao skladištiti i izvan posude bez degradacije uzorokovane vlagom. Stare kubure i puške kremenjače su mogle opaliti čak i ako su godinama visile okačene na zid, pošto su ostajale na suhom mjestu. Za razliku od njih, crni barut napravljen od natrij-nitrata morao je biti skladišten u poklopljenim i zapečačenim posudama (bačvama) da bi ostao stabilan.

Barut otpušta otprilike 3 MJ energije po kilogramu, a sadrži i vlastiti oksidant. Za usporedbu, specifična energija TNT-a je 4,7 MJ po kilogramu, dok je specifična energija benzina 47,2 MJ po kilogramu (mada je benzinu neophodan oksidant, tako da optimizirana mješavina benzina i O2 sadrži 10,4 MJ po kilogramu). Barut spada u slabo eksplozivne materijale i kao takav ne detonira. Umjesto toga, on deflagrira. Pošto sadrži vlastiti oksidant te još brže gori pod pritiskom, njegovim sagorijevanjem moguće je raspuknuće posuda ili predmeta u kojima je smješten, poput granata, bombi i improviziranih eksplozivnih naprava, čime nastaju geleri (šrapneli).

Reference[uredi | uredi izvor]

  1. ^ Jai Prakash Agrawal (2010). High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Wiley-VCH. str. 69. ISBN 978-3-527-32610-5. 
  2. ^ David Cressy, Saltpeter: The Mother of Gunpowder (Oxford University Press, 2013)
  3. ^ Owen Compliance Services. "Black Powder". Material Safety Data Sheet. Pristupljeno 31. 8. 2014. 
  4. ^ "Who Built It First?". History.com. 
  5. ^ Anne Marie Helmenstine, Ph.D. "Gunpowder Facts, History and Description". About.com Education. 
  6. ^ Chase, 2003., str. 31.
  7. ^ a b Buchanan, 2006., str. 2.
  8. ^ a b Joseph Needham; Gwei-Djen Lu; Ling Wang (1987). Science and civilisation in China, Volume 5, Part 7. Cambridge University Press. str. 48–50. ISBN 978-0-521-30358-3. 
  9. ^ Hazel Rossotti (2002). Fire: Servant, Scourge, and Enigma. Courier Dover Publications. str. 132–137. ISBN 978-0-486-42261-9. 
  10. ^ a b c Kelly, 2004., str. 218.
  11. ^ St. C. Easton: "Roger Bacon and his Search for a Universal Science", Oxford (1962)
  12. ^ Gábor Ágoston (2005). Guns for the sultan: military power and the weapons industry in the Ottoman Empire. Cambridge University Press. str. 15. ISBN 978-0-521-84313-3. 
  13. ^ Ingham-Brown, George (1989) The Big Bang: A History of Explosives, Sutton Publishers, ISBN 0-7509-1878-0, ISBN 978-0-7509-1878-7, str. vi
  14. ^ a b Bert S. Hall, "Introduction, 1999" str. xvii prema reprintu: James Riddick Partington (1960). A history of Greek fire and gunpowder. JHU Press. ISBN 978-0-8018-5954-0. 
  15. ^ Peter Purton (2009). A History of the Late Medieval Siege, 1200–1500. Boydell & Brewer. str. 108–109. ISBN 978-1-84383-449-6. 
  16. ^ Kelly, 2004., str. 22.
  17. ^ a b c Ahmad Y Hassan. "Transfer of Islamic Technology to the West: Part III". History of Science and Technology in Islam. Pristupljeno 21. 1. 2016. 
  18. ^ Peter Watson (2006). Ideas: A History of Thought and Invention, from Fire to Freud. HarperCollins. str. 304. ISBN 978-0-06-093564-1. 
  19. ^ Cathal J. Nolan (2006). The age of wars of religion, 1000–1650: an encyclopedia of global warfare and civilization. Tom 1: Greenwood encyclopedias of modern world wars. Greenwood Publishing Group. str. 365. ISBN 0-313-33733-0. Pristupljeno 28. 11. 2011. 
  20. ^ Ancient Discoveries, epizoda 12: Machines of the East, History Channel, 2007 
  21. ^ Nelson, Cameron Rubaloff (juli 2010). Manufacture and transportation of gunpowder in the Ottoman Empire: 1400-1800.
  22. ^ "Swiss Handguns 1882". 
  23. ^ Blackpowder to Pyrodex and Beyond, autor: Randy Wakeman na stranici "Chuck Hawks"
  24. ^ The History and Art of Shotshells, autor: Jon Farrar, "Nebraskaland Magazine"
  25. ^ Buchanan. "Editor's Introduction: Setting the Context", u Buchanan, 2006., str. 4.
  26. ^ Black Powder Recipes, Ulrich Bretscher
  27. ^ Earl, 1978., Poglavlje 2: The Development of Gunpowder
  28. ^ Julian S. Hatcher, Hatcher's Notebook, Military Service Publishing Company, 1947. Poglavlje XIII: Notes on Gunpowder, str. 300-305.
  29. ^ "Some Account of Gunpowder". The Saturday Magazine. 422, dodatak: 33–40. 1. 1. 1839. 
  30. ^ Wisniak J. J.; Garcés I. (1. 9. 2001). "The Rise and Fall of the Salitre (Sodium Nitrate) Industry". Indian Journal of Chemical Technology: 427–438. 
  31. ^ Ashford Bob (2014). "Some Thoughts on Dartmoor Powdermills". Rep. Trans. Devon. Ass. Advmt Sci. (Exeter: The Devonshire Association) 146: 57–82. 
  32. ^ Workshop Receipts, izdavač William Clowes i sin, ograničeno izdanje, autor: Ernest Spon. datum: 1. august 1873.
  33. ^ GunpowderTranslation. Academic. Pristupljeno 31. 8. 2014. 
  34. ^ Flash! Bang! Whiz!, Univerzitet u Denveru

Literatura[uredi | uredi izvor]