Thuốc nổ đen

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Buớc tưới chuyển hướng Bước tới tìm kiếm

Thuốc nổ đen là một loại thuốc nổ. Nó là thuốc nổ đầu tiên, do người Trung Hoa tạo ra, thuốc nổ đen được dùng làm thuốc nổ, thuốc súng, nhiên liệu cho tên lửa (rocket) và thuốc cháy chủ yếu cho đến tận giữa thế kỷ 19.

Thời trung cổ, thuốc nổ đen ở Trung Quốc có tên hỏa dược (火藥, nghĩa là "thuốc cháy"), ở châu Âu nhiều người gọi là black powder (thuốc nổ đen), meal powder (thuốc bột) cũng có người gọi là gunpowder (thuốc súng). Nhiều cách gọi như thế vì trước đây chỉ có mỗi thuốc nổ đen vừa làm thuốc nổ vừa làm thuốc súng và vừa làm thuốc cháy. Từ gunpowder ngày nay vẫn dùng mặc dù thuốc súng đã đổi khác nhiều.

Trong các ngôn ngữ phương Đông cổ, hay dùng từ "thuốc" (Hán-Việt là "dược", 藥) để chỉ các hỗn hợp có chức năng nào đó được sử dụng gần như hóa tính ngày nay. Thuốc nổ đen ban đầu dùng làm thuốc cháy và tiếng Trung vẫn còn tên thuở ấy.

Đặc điểm chính[sửa | sửa mã nguồn]

Lý-Hóa tính[sửa | sửa mã nguồn]

Thuốc nổ đen dạng bột mịn, màu đen xám của bột than, có thể có ánh kim của bột nhôm. Ngoài ra, còn một số phụ gia khác như hồng hoàng để bắt cháy chẳng hạn.

Thuốc nổ đen dễ hút ẩm do đặc điểm của nitrat kali giã mịn. Thuốc nổ đen có thành phần bột nhôm rất nhanh chóng biến chất khi tiếp xúc với không khí.

Đặc tính cháy nổ[sửa | sửa mã nguồn]

So với các thuốc nổ khác, thuốc nổ đen dễ bắt cháy, tốc độ nổ không cao nhưng không thể kiểm soát được, năng lượng nổ yếu, sản phẩm cháy nhiều phần rắn gây hỏng thiết bị (như nòng). Nhiệt độ bắt cháy của thuốc nổ đen chỉ hơn 200 °C, thời cổ, những loại thuốc cháy chứa muối thủy ngân và nhiều lưu huỳnh có nhiệt độ bắt cháy thấp hơn, chỉ 160 °C, nhiệt độ bắt cháy cũng giảm khi sử dụng nguyên liệu tồi như phân dơi. Nhiệt độ bắt cháy không ổn định khi thành phần thuốc không chính xác. Các súng dùng thuốc nổ đen làm thuốc súng thường ngắn, nặng, yếu. Loại súng mạnh nhất được thiết kế để dùng thuốc nổ đen là hải pháo.

Thành phần hóa học[sửa | sửa mã nguồn]

Thuốc nổ đen là hỗn hợp nitrat kali (KNO3), bột than củi giã mịn. Một số loại thuốc nổ đen có thêm lưu huỳnh (dùng cho các vũ khí mạnh), bột nhôm (phát sáng cho pháo, tăng năng lượng cháy cho bom), hồng hoàng (muối thủy ngân, kích nổ).

KNO3(nitrat kali) dạng bột kết tinh
Lưu huỳnh (S) và than củi (C) dạng bột
Thuốc nổ đen đã pha trộn (KNO3:S:C = 75:10:15)

Nitrat kali, thời cổ gọi là "diêm tiêu", được lấy trong các mỏ tự nhiên. Diêm tiêu cũng được lấy bằng cách hòa đất lẫn phân dơi trong hang với nước, lọc, cô đặc, sấy khô. Các thành phần hỗn hợp được để riêng, giã mịn, rồi mới trộn với nhau. Cacbon của bột than củi là chất khử, diêm tiêu là chất ôxi hóa. Các súng phun lửa hay hỗn hợp cháy trộn dư chất khử, để chúng tiếp tục cháy lâu. Thuốc có thể trộn thêm các thành phần khác, như chất độc, chất tạo khói, chất gây cay, mảnh sát thương... Các thành phần có thể để riêng rồi rắc lẫn lên vật gây cháy (rơm củi dầu), không cần trộn, ngay trước khi sử dụng, để dẫn lửa[1][2].

Phản ứng cháy của hỗn hợp rất phức tạp, đơn giản có thể viết:

2 KNO3 + S + 3 C → K2S + N2 + 3 CO2

Một cách viết phức tạp hơn, nhưng vẫn chưa mô tả được hết phản ứng[3]:

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

Chính xác, hỗn hợp có thành phần khối lượng như sau: 74,64% nitrat kali, 13,51% bột carbon, 11,85% lưu huỳnh. Cả hai phản ứng trên chỉ xảy ra trong điều kiện than củi chứa 100% carbon. Thực tế, trong than củi chứa rất nhiều tạp chất chưa kể trước đây nguyên liệu trộn rất tồi nên tỷ lệ khó chính xác, ảnh hưởng nhiều đến khả năng bắt cháy, tốc dộ cháy, năng lượng cháy. Ngày nay, công thức chung của than củi được tóm tắt thông qua thực nghiệm là: C7H4O. Từ đó có 1 công thức tổng quát hơn:

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

Đến năm 1879, người Anh trộn hỗn hợp theo tỷ lệ 75% diêm sinh, 15% bột than củi, 10% lưu huỳnh, người Pháp trộn hỗn hợp theo tỷ lệ 75% diêm sinh, 12.5% bột than củi, 12.5% lưu huỳnh[1].

Trong Binh Thư Yếu Lược có quy định rõ thành phần, loại cây lấy than, cách giã, số lượng chầy giã...

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Người phương Tây thường cho rằng, các đạo sĩTrung Quốc thế kỷ 9[4], trong khi luyện đan, đã tình cờ phát hiện ra phản ứng cháy của hỗn hợp có diêm tiêu[5]"[6]. Người Trung Quốc khảo cứu các tài liệu từ thời nhà Tầnthế kỷ 7. Tuy nhiên, nhiều người tin rằng người Trung Á, nơi có những mỏ diêm tiêu tự nhiên, đã phát hiện ra tính dễ gây cháy của chất ôxi hóa khá mạnh này, rồi mới truyền vào Trung Hoa.

Nhiều tài liệu lịch sử cho thấy, Assyria đã có những chiến thuyền đốt chuyên nghiệp như các hỏa thuyền của tàu. Chất đốt có thể là dầu lửa trộn với diêm tiêu, lưu hoàng. Hy Lạp nhận được kỹ thuật hỏa thuyền muộn hơn, nhưng chất đốt lại chỉ còn là dầu mỡ thông dụng, không thấy nói đến diêm tiêu. Kinh truyện cổ nhất của đạo Thiên chúa (bao gồm Do Thái giáo, Ki-tô giáo, Hồi giáo) cũng đề cập đến ánh lửa diêm tiêu nhưng không rõ đời sau viết thêm vào hay là có từ trước[7]. Những bằng chứng trên cho thấy, trong thiên niên kỷ liền trước Công nguyên người ta đã dùng hỏa dược, chủ yếu ở Trung Đông[8]. Nhiều người đọc dã sử Tam Quốc Diễn Nghĩa thường cho rằng Hoàng Cái dùng hỏa thuyền có diêm tiêu-lưu hoàng đốt Tào Tháo trong trận đánh Xích Bích. Nhưng theo những thứ tin cậy, như Tam Quốc Chí, thì trận này Chu Du đã dùng các thuyền buồm chở rơm cỏ khô, phía sau có thuyền nhỏ để tổ lái rút lui, các thuyền này áp sát các Mông Xung thuyền (蒙衝) của Tào Tháo, được ghi chép nhiều trong binh thư, tên Mẫu Tử thuyền[9].

Trong cuốn binh thư Võ kinh tổng yếu (武经总要), xuất bản thế kỷ 11, đã mô tả thành phần gần đúng của thuốc nổthuốc cháy dùng cho đạn của máy bắn đá (hồi đó gọi là sơn pháo).

Thuốc nổ 1: 48,5% diêm tiêu, 25,5% lưu huỳnh, 21,5% thành phần khác;

Thuốc nổ 2: 50% diêm tiêu, 25% lưu huỳnh, 6,5% bột than, 18,75% thành phần khác;

Thuốc cháy: 38,5% diêm tiêu, 19% lưu huỳnh, 6,4% bột than, 35,85% thành phần khác;

Các thuốc nổ, thuốc cháy này sau được nhồi cho các súng lệnhhỏa khí. Súng lệnh là súng rất giống ngày nay, nhưng không có đạn mà chỉ lấy lá khô hoặc gỗ chèn chống ẩm, dùng đốt lấy tiếng nổ to làm hiệu. Súng lệnh thừa kế chức năng của pháo lệnh trước đây, là gói thuốc nổ hay ống tre nhồi.

Các công thức thuốc nổ được chính xác rất chậm chạp, năng lực nổ bao gồm tốc độ cháy và năng lượng nổ cũng vì thế mà tăng rất chậm. Có sách viết rằng năm 904 người Trung Quốc đã bắn tên bằng thuốc nổ, giàn phóng tên lửa gồm nhiều ống phóng tre được người Triều Tiên học từ Trung Quốc cuối thế kỷ 14. Các tên lửasúng được chế tạo trong thời nhà Tống, nhưng súng rất yếu, chủ yếu dùng thứ súng phun lửa có tên "hỏa hổ". Mãi đến thế kỷ 15, súng bắn đạn cầu mới mạnh mẽ và phổ biến, do công của Hồ Nguyên Trừng. Cũng thế kỷ 15, các trái phá "bóng nổ" xuất hiện, ban đầu dùng như lựu đạn. Thuốc nổ truyền vào châu Âu theo chiến tranh của người Mông Cổ, Thành Cát Tư Hãn. Năm 1453, Thổ Nhĩ Kỳ đánh thành Constantinopolis đã có súng 900 mm, bắn đạn 320 kg đi xa 1,6 km.

Thế kỷ 14-15, thuốc nổ đen phát triển mạnh mẽ. Bái Hỏa giáo, còn gọi là Minh giáo, đẩy lui ngựa của Mông Cổ từ Ba Tư, về đến Trunng Hoa rồi về tận Mông Cổ, đã đem theo kỹ thuật sử dụng hỏa dược chất lượng cao. Loại diêm tiêu và sắt quý ở vùng này kết hợp với kỹ thuật miền Viễn Đông đã cho ra đời súng bởi công Hồ Nguyên Trừng[cần dẫn nguồn], góp phần lập ra triều đại nhà Minh. Kể từ đây, súng thoát thai khỏi hỏa hổ và trở thành súng cộng đồng chính, thay thế máy bắn đá, máy phóng tên, nỏ bắn nhiều tên, liên châu nỗ. Súng này nhanh chóng phổ biến ra khắp thế giới theo chuyến đi của Trịnh Hòa.

Hỏa khí, cục thể hơn là các tên lửa, chất tăng sức cháy, súng phun lửa, đồ dùng dẫn cháy và đánh lửa... trở thành vũ khí cộng đồng chính trên thuyền từ khi Chu Nguyên Chương đánh Trần Hữu Lượng, lừng danh với trận đánh Hồ Bà Dương. Hỏa khí trở thành vũ khí cộng đồng chính trên bộ trong chiến tranh chống Kiến Văn Đế (con thứ của Chu Nguyên Chương đánh cháu trưởng của ông). Sau khi chiếm được Đại Việt (1407) thì loại súng mới có sức bắn đạn cứng mạnh trở thành vũ khí cộng đồng chính, được chế tạo khẩn cấp và ứng dụng trong cuộc chiến với nhà Nguyên sau đó. Các phương pháp chế súng Đại Việt được nhà Minh chép thành cuốn binh thư Thần cơ thương pháo pháp (nghĩa là "cách làm súng đạn có nguyên lý máy móc của thần").

Súng nhỏ, dùng cá nhân phổ biến chậm hơn súng lớn. Nhà Minh lập ra những đội quân dùng toàn súng đầu tiên. Tuy vậy, việc phổ biến các súng nhỏ ở Viễn Đông rất chậm do thiếu công nghệ luyện sắt Trung Đông và quan trọng hơn là thiếu nguồn diêm tiêu, lưu huỳnh chất lượng cao, nguồn gốc khoáng vật, có nhiều ở Trung Đông, Châu PhiMỹ. Nguồn diêm tiêu có nguồn gốc phân dơi là nguồn cung chủ yếu ở Viễn Đông, bán với giá rẻ nhưng rất tồi.

Thuốc nổ đen dùng cho súng, súng phun lửa, trái phá đến đầu thế kỷ 20. Có nhiều loại thuốc nổ khác sinh ra trong thế kỷ 19, nhưng ứng dụng rất chậm chạp. Nitrôglyxêrin, nitroxenluloza (bông thuốc súng) đến đầu thế kỷ 20 đã thay thế thuốc nổ đen trong súng, trinitrôtôluen (TNT) thay trong trái phá. Các thuốc nổ đó dễ kiểm soát tốc độ, điều kiện cháy hơn, tỏa nhiều năng lượng và nhiều đặc tính tốt hơn.

Sử dụng ngày nay[sửa | sửa mã nguồn]

Đầu thế kỷ 20, thuốc nổ đen được thay thế bởi các thuốc mới. Những lý do chính như sau:

  • Lý do đầu tiên là dễ sản xuất quy mô lớn, nitrôglyxêrin là thuốc gốc của những thuốc nổ công nghiệp đầu tiên. Chúng không phụ thuộc vào nguồn diêm tiêu nhập khẩu hay thuộc địa, mà không phải nước nào cũng sẵn.
  • Năng lượng nổ mạnh. Nitrôglyxêrin có năng lượng nổ cao. RDX, HMX, PENT có tốc độ nổ cao.
  • Điều khiển được phản ứng cháy để làm đạn xuyên phá và đại bác nòng dài. Như TNT và nitroxenluloza (bông thuốc súng) đúc.
  • Dễ sử dụng, bao gồm các tính năng ổn định, mạnh, dễ nặn, dễ đúc nhồi...
  • Rẻ. Hỗn hợp nitrat amôni (NH4NO3) và bột nhôm rất rẻ và có năng lượng nổ cao. Nhược điểm của nó là nhiệt độ và áp suất kích nổ cao là nó văng đi rất nhiều nếu liều nhỏ nổ tự do.

Thuốc nổ đen hiện nay vẫn dùng trong các kíp nổ, ngòi nổ do chúng dễ bắt cháy. Ngày nay, người ta hay sử dụng hỗn hợp nitrat amôni và bột nhôm, gần giống thuốc nổ đen trong bom lớn, thuốc nổ công nghiệp.

Loại thuốc nổ gồm nitrat amôni, hoặc nitrat kali và bột than, rất dễ kiếm vì nitrat amôni, nitrat kali được dùng làm phân bón, điều này đã gây ra nhiều vụ nổ trái pháp luật.

Sử dụng dân sự[sửa | sửa mã nguồn]

Thuốc nổ dùng để phá đá, xây đường và đào mỏ. Thuốc nổ dùng trong đào mỏ từ thế kỷ 15[10], ghi chép sớm nhất còn lại về đào mỏ thuốc nổ là Hungary năm 1627[10]. Kỹ thuật này đem đến Anh năm 1638 bởi thợ mỏ Đức. William Bickford đưa ra kíp nổ an toàn, trước đó dùng rất nguy hiểm[11][12]. Một lý do nguy hiểm nữa là khói bốc dày đặc và có thể kích nổ khí hầm lò. Công trình đầu tiên dùng một lượng lớn thuốc nổ là kênh Canal du Midi miền nam nước Pháp[12]. Kênh này hoàn thành năm 1681 nối Địa Trung HảiVịnh Biscay, kênh dài 240 km và có 100 cửa cống[12]. Một công trình khác dùng nhiều thuốc nổ đen là kênh Erietiểu bang New York, dài 585 km, làm 8 năm, bắt đầu năm 1817[12]. Trước nổ đen dùng rất nhiều trong xây dựng đường sắt. Ban đầu các đường sắt đi ngoằng nghèo leo qua núi, đi qua chỗ trũng bằng cầu. Nhưng sau này đường sắt hay cắt qua núi bằng đường xẻđường hầm. Đoạn 800 mét kéo dài của đường hầm hộp trên tuyến đường sắt Great Western nối LondonBristol ngốn 1 tấn thuốc nổ đen một tuần trong 2 năm[12]. 12,9 km chiều dài của đường hầm Mont Cenisl hoàn thành trong 13 năm bắt đầu từ 1857, khoan khí nén và nổ thuốc nổ đen chỉ cho tốc độ 25 cm một ngày. Lúc này, phương pháp khoan nổ đã thịnh thành trong việc xây dựng đường hầm, hầm mỏ.

Đóng góp cho các công trình của thuốc nổ đen chỉ kéo dài đến khoảng già nửa thế kỷ 19. "hồ nổ" (blasting gelatine) của Alfred Nobel xuất hiện dưới dạng đóng chai, sau đó là dynamit cũng của ông được bán rộng rãi, là những thuốc nổ mới thay thế thuốc nổ đen đầu tiên.

Chú thích[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ a ă Earl (1978), Chapter 2: The Development of Gunpowder
  2. ^ Binh Thư Yếu Lược
  3. ^ Tham khảo
  4. ^ Needham, Joseph (2004). Science and Civilisation in China. Cambridge University Press. tr. 74. ISBN 0-521-08732-5. 
  5. ^ Kelly, Jack (2004). Gunpowder: Alchemy, Bombards, & Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World. Basic Books. tr. 3. ISBN 0-465-03718-6. 
  6. ^ Kelly 2004:4
  7. ^ Có thể tham khảo Tân ƯớcCựu Ước
  8. ^ The Might That Was Assyria (1984; ISBN 978-0283989612) is written by Assyriologist H. W. F. Saggs.
  9. ^ Tam Quốc Diễn NghĩaTam Quốc Chí, [1], Trần Thọ
  10. ^ a ă Urbanski (1967). Chapter III: Blackpowder
  11. ^ Earl, (1978). Chapter 1: Introduction
  12. ^ a ă â b c Brown (1998), Chapter 6: Mining and Civil Engineering

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

  • Guns and Rifles of the World by Howard Blackmore ISBN 0-670-35780-4
  • Brown, G.I., (1998). The Big Bang: A history of Explosives. Thrupp: Sutton Publishing Ltd. ISBN 0-7509-2361-X.
  • Cocroft, Wayne D., (2000). Dangerous Energy: The archaeology of gunpowder and military explosives manufacture. Swindon: English Heritage. ISBN 1-85074-718-0.
  • Davis, Tenney L. (1943). The Chemistry of Powder & Explosives. (Republished) ISBN 0-913022-00-4.
  • Earl, Brian (1978). Cornish Explosives. Cornwall: The Trevithick Society. ISBN 0-904040-13-5.
  • From Greek fire to dynamite.A cultural history of the explosives by Jochen Gartz.E.S.Mittler &Sohn. Hamburg year 2007,ISBN 978-3-8132-0867-2.
  • Xu Huilin (1986). A History of Chinese Black Powder and Firearms. Shanghai: Kexuepuji Press. CN / TQ56-092.
  • Feng Jiasheng (1954). The Invention of Gunpowder and Its Spread to The West. Shanghai: Shanghai People's Press. TQ56-09/1.
  • Zhong Shaoyi (1995). Research on the History of Ancient Chinese Black Powder and Firearms. Beijing: Chinese Social Siences Press. ISBN 7-5004-1800-0
  • Liu Xu (2004). History of Ancient Chinese Firearms and Black Powder. Zhengzhou: Elephant Press. ISBN 7-5347-3028-7.
  • Wang Zhaocun (1991). A History of Chinese Firearms. Beijing: Military Science Press. ISBN 7-80021-304-8.
  • Feng Wu, et al (1992). Selection of Ancient Chinese Military Masterpieces. Bejing: Jingguan Jiaoyu Press. ISBN 7-81027-097-4.
  • Partington, James Riddick, 1960. A History of Greek Fire and Gunpowder. Cambridge: Heffer & Sons. (Republished: 1998, The Johns Hopkins University Press. ISBN 0-8018-5954-9).
  • Urbanski, Tadeusz (1967). Chemistry and Technology of Explosives. Volume III. Warszawa: Polish Scientific Publishers and Pergamon Press.
  • Firearms: a global history to 1700 / by Chase, Kenneth Warren. ISBN 0-521-82274-2

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]