Барут

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Емблема за пояснителна страница Тази статия е за традиционния димен барут. За съвременните барутни заместители вижте Бездимен барут.

Барут на зърна

Барутът е най-старото известно взривно вещество и единственото познато до средата на XIX век. Обикновено представлява смес от сяра, дървени въглища и калиев нитрат, като сярата и дървените въглища действат като гориво, а калиевият нитрат - като окислител.[1][2] Поради свойствата на горенето му и значителното количество отделяна топлина и газове, барутът е използван широко като метателен заряд в огнестрелните оръжия и като пиротехнически компонент във фойерверките.

Барутът може да се приготвя и без сяра, но тогава действието му е по-слабо. При запалването на димен барут обикновено се наблюдава взривно горене, при което се отделя голямо количество горещи газове, съставени от въглероден диоксид, вода и азот, както и твърд остатък от калиев сулфид.[3] Въпреки че наименованието „барут“ често се използва за всички прахообразни пропеланти, съвременните огнестрелни оръжия използват други смеси, наричани бездимни барути.[4] Браутът все още намира приложение като забавител на горенето при специфични боеприпаси, където бавното му горене е предимство.

Според преобладаващото мнение барутът е изобретен през IX век в Китай,[5] като най-ранната известна записана формула за състава му се съдържа в „Удзин Джуняо“, военна енциклопедия от времето на династията Сун (XI век).[6] Откриването на барута довежда до създаването на фойерверките и на първите барутни оръжия в Китай. През следващите столетия барутни оръжия започват да се появяват и в Ислямския свят, Европа и Индия.[7] Първите западни сведения за барута се появяват в текстове на английския философ и алхимик от XIII век Роджър Бейкън.[8]

Взривната реакция при барута протича сравнително бавно, с дефлаграция под скоростта на звука, поради което бризантността му е ниска. Скоростта на горене нараства при по-голямо налягане, така че барутът може да взриви затворени съдове, в които е поставен, но оставен на открити просто гори. При огнестрелните оръжия запалването на барута зад куршума трябва да създаде достатъчно налягане, за да го изстреля, но не толкова, че да разруши цевта. По тази причина барутът е относително добър пропелант, но не е толкова подходящ за взривяването на скали или укрепления. Все пак той се използва широко в артилерийските снаряди, както и за взривяване в минното дело и строителството, до втората половина на XIX век, когато се появяват първите бризантни взривни вещества.

Състав и свойства[редактиране | edit source]

Класическият димен (черен) барут съдържа сяра, дървени въглища и калиев нитрат (калиева селитра). Процентното съдържание на съставките варира в широки граници, но най-често се използват съотношения:

  • калиев нитрат: 73-75%
  • дървени въглища: 13-15%
  • сяра: 10-13%

Калиевият нитрат (KNO3) е бяло вещество, използва се още като минерален тор. Дървените въглища трябва да са от меко дърво (липа, бор, върба, лоза), горено при сравнително ниска температура. Сярата е жълто прахообразно вещество.

Безсерният барут съдържа 80% калиев нитрат и 20% дървени въглища. Клод-Луи Бертоле, откривателят на бертолетовата сол е правил опит да замени нитрата с хлорат, но всички опити са били неуспешни — понякога опитите са завършвали със спукано оръдие.

Наименованието „черен (бездимен) барут“ се появява в края на XIX век, за да разграничи традиционния барут от новопоявилите се бездимни и полубездимни барути. Полубездимните барути имат свойства, близки до тези на черния барут, но отделят значително по-малко дим и други продукти на изгарянето. Бездимните барути имат различни характеристики на горенето (промяна на налягането във времето) и могат да създават значително по-високо налягане, което ги прави неподходящи за по-стари оръжия, създадени за работа с черен барут. Цветът на бездимните барути варира от кафеникаво-сив през жълт до съвсем бял. Повечето полубездимни барути спират да се произвеждат през 20-те години на XX век.[9][10][11]

Технология на производство[редактиране | edit source]

За производството на най-мощните барутни прахове се използват дървени въглища, като най-доброто дърво за тази цел е върбата,[12] но може да се използват също елша или зърнастец. Във Великобритания между XV и XIX век при производството на барут особено се ценят въглищата от вида зърнастец Rhamnus frangula, а в южните части на Съединените щати - от пирамидална топола.[13]

Съставките на барута се смилат на малки части и се смесват възможно най-добре. Първоначално това се прави с хаван и пестик или подобна ударна мелница, направена от мед, бронз или друг материал, който не предизвиква искри. Впоследствие тези устройства са заменени от топкови мелници, отново изработени от бронз или олово за предотвратяване на искри. Използвани са също мелници с колело от мрамор или варовик, въртящо се върху варовиково легло, а по-късно и чугунено или покрито с желязо каменно колело върху желязно легло.[14] По време на смилането сместа се овлажнява с алкохол или вода, за да се предотврати инцидентно запалване. Това помага и за прикрепването на силно разтворимия калиев нитрат по много неравната повърхност на зърната дървени въглища и намалява отделяния при смилането прах. Тази практика навлиза в Европа към края на XIV век.[15] С масовизирането на производството на барут през XVIII век технологията става все по-зависима от източниците на механична енергия.[16]

След смилането и смесването пастата от мокър барут се оформя на зърна и се изсушава. Първоначално оформянето става на ръка, но по-късно започват да прекарват пастата през предназначени за тази цел сита. Барутът на зърна се съхранява по-лесно, тъй като има по-малка специфична повърхнина и поема по-малко влага, а в същото време по-лесно се зарежда в оръжията и има по-голяма мощност от барута на прах.

От началото на XIX век плътността на барута се увеличава още повече чрез статичен натиск. Мократа паста се поставя във винтова преса и обемът и се намалява до два пъти, като се получават плочи с твърдостта на шисти. Този процес е много чувствителен към влажността на въздуха, като получената плътност може да се различава до три пъти при равни други условия и промяна на влажността.[17]

Получените при пресоването плочи се раздробяват отново с чук или валяк, а получените зърна се сортират в различни фракции с помощта на сита с различен размер на отворите. Понякога зърната се прекарват и през въртящ се барабан, като по този начин те се оглаждат, което увеличава трайността им. Неогладените зърна се оглаждат при транспортиране, при което се отделя фин прах, който променя начина на горене на крайния продукт.

Друго подобрение в технологията през XIX век е производството дървените въглища чрез дестилация на дървесината в нагряти железни съдове, вместо изгарянето ѝ в изкопани в земята ями. Този метод дава възможност за по-прецизно контролиране на температурата, която оказва влияние върху мощността и консистенцията на получения от въглищата барут. През 1863 година, в отговор на нарастналите цени на внасяния от Индия калиев нитрат, американската компания „Дюпон“ създава технология за производството на тази сол от изобилния чилийски натриев нитрат и добивания в много части от света калиев хлорид.[18]

История[редактиране | edit source]

Най-старата известна писмена формула за барут от китайския Wujing Zongyao, 1044 г.

Първите огнестрелни оръжия използвали различни модификации черен барут. Качеството му било различно и отговаряло на приетата технология за производство и на влаганите материали. Известно е, че черният барут е познат още в древността, като силно избухлива смес и веднага намира приложение във военното дело. Начинът за придобиването, материалите, съотношението и технологията са били пазени в дълбока тайна от производителите. Така рецептата за производство на барут се появява, загубва и преоткрива няколко пъти през вековете. Има достатъчно достоверни сведения, че в древния Египет, Китай, а по-късно и във Византия и европейските страни, барутът е познат, използван и съхраняван като най-важната тайна на държавата. Достигането до производства на качествен барут ставало след дълги и опасни опити на производителите. Търсели се технологии, които да подобрят количеството и качеството. Производителите на оръжия и военните поставяли изисквания за повишаване силата на барута, използван при огнестрелните оръжия, и по-слабото въздействие върху него на влага, висока или ниска температура. За постигане на по-висока плътност на огъня, военните искали равномерност и еднаква сила на произвежданите изстрели. Лошото качество, влиянието на климата и други фактори, съчетано със слабите балистични качества на по-ранните стрелкови системи, допълнително намалявало ефективността на стрелбата. Особено силно влияела влагата на корабната артилерия. Продължителното въздействие на влагата в морето флегматизирало и отслабвало силата на барута и допълнително влияело върху точността изстрелите.

Пистолет от династията Юан, около 1300 г.

Черният барут представлява смес на селитра, сяра и дървени въглища в определено съотношение. Всеки производител имал свое собствено съотношение и технология на смесване на изходните продукти. При недобро производство и съхраняване, барутът допълнително отслабвал и се развалял. След появата на капсулното оръжие в началото на 19 в. и развитието на новите технологии в металообработването, необходимостта от качествено нови и по-мощни барутни смеси станала очевидна. Освен за изстрелването на по-големи разстояния на куршуми, от леките стрелкови оръжия и гюллета в артилерията, барутът започнал да се използва като взривна смес в снарядите. Така се появила нуждата от много по-мощни заряди, при малко тяхно относително тегло. Старият черен барут бил слаб и немощен да осъществява изискванията за съвременна война. Трябвало да се намери ново решение на проблема.

Търсенията на нови и по-мощни взривни смеси карало европейски и световни учени, химици и инженери да търсят начини за повишаване качеството на вече използваните барути. Тръгнало се и по пътя на замяна или добавяне на нови компоненти в традиционните барутни смеси или създаването на изцяло нови химични съединения с търсените свойства. Още в средата на века успехите не закъснели, но официално, чак през 1884 г., във Франция се въвежда в производство и употреба нов вид барут. Той получил по-късно твърде общото наименование „бездимен барут“, за разлика от известния черен или димен барут. За кратко време европейските държави усвояват производството и започват употреба на бездимни барути. Оръжейните фирми веднага отговарят с производството на нови системи огнестрелни оръжия, пригодени за използването на няколко пъти по-мощния барут. В последните години на 19 и началото на 20 в. се появили много разновидности на бездимния барут, които се различавали по своите качества и възможности за употреба. Те вече се правели със съответни качества, за съответни стрелкови системи, в които ще се ползват. Развитието на химията, физиката, механиката термодинамиката и куп други дисциплини, дало бурен тласък на развитието и на тази сфера на човешката дейност. Но както всяко откритие и тяхното производство било дълъг и труден процес, свързан с решаването на многобройни проблеми от технологичен, суровинен и субективен характер.

Френски оръдия от XVIII век

През 1845 г. френският химик Шембейн открива съединението пироксилин. То представлява нитрирана целулоза със съдържание на азота от 12,2 до 13,5%. Пироксилинът гори много бързо, детонира при удар и при взрив на капсул-детонатор. Новото вещество обаче силно се влияело от влагата и бързо се разлагало под нейно влияние. През следващата 1846 г. във Франция, а от 1853 г. в Австрия, започват да се правят многобройни опити за военната употреба на пироксилина. Първоначално в ръчното огнестрелно оръжие, а по-късно и в артилерийските системи. През 1864 г.тези опити са прекратени поради нетрайността на пироксилина. Конструкторите не успели да се справят с влагата. Английският химик Абел през 1865 г. предлага подобрение на технологията за производство на пироксилина, като го раздробява на много ситни частици. Но проблемът си оставал. До 1884 г. нито един от известните пироксилинови бездимни барути не е използван за военни цели поради изтъкнатите недостатъци. След 1870 г. в Прусия, Франция и Англия се разпространяват ловни бездимни барути, които били посрещнати много добре от ловците. В техния състав имало известен процент селитра. Най-голяма популярност придобил т.нар. „дървесен барут“ на французина Шулуа, предложен на пазара през 1868 г.

Научните търсения получили нов тласък, след откритието на пикриновата киселина (тринитрофенол) и нейните соли, наречени пикрати. Пръв предлага пикратен барут французинът Дезиньол през 1868 г. Той представлявал смес от калиев пикрат, калиева селитра и въглен. През 1869 г. друг френски химик — Брюнер, предлага нов пикратен барут, съдържащ 57% амониев пикрат и 43% калиева селитра. При извършените паралелно опити в Англия и Франция се получили много добри резултати. През 1884 г. барутът на Брюнер под названието „зелен барут“ марка „V“ е предложен за военни изпитания на патроните на наскоро конструираната френска пехотна пушка „Лебел“.

Кутия за барут и лъжичка от XVIII-XIX век.

В началото на 20 в., вече се произвеждат няколко вида пикратни бездимни барути. За да не се разкрие тайната на химическия състав, французите сложили на своя барут произволно име и той добил известност като мелинит. Неговата мощност била доста по-голяма от известните до момента барути и той веднага предизвикал реакции във военните щабове. Но скоро станало ясно, че при употреба мелинитът е много неустойчиво съединение и снарядите, напълнени с него, се взривяват самоволно. Това накарало военните да го изоставят за известно време, въпреки голямата му разрушителна сила. След Руско-японската война, въпреки всичко мелинитът бил въведен във Франция и Русия. Той се произвеждал и в Англия, под името „лидит“, а в Германия, бил известен като „с/88“. Поради опасната му чувствителност, в мирно време с него не се снарядявали боеприпаси. Историята с мелинита обаче не свършила дотук. През 1903 г. в Главното артилерийско управление на Русия, от агентурни източници се получава информация, която разтревожила сериозно руските генерали. Ставало дума за количеството и вида на зарядите, които японците започват да въвеждат масово във своите артилерийски системи.

Японските гранати за полевите 75 mm. оръдия, съдържали 2 фунта от ново, непознато дотогава мощно взривно вещество. Същото вещество се подготвяло за въвеждане и в корабната артилерия. Наречено било на откривателя му, японския офицер от кавалерията и химик Шимосе Масатика и така станало популярно като японски барут или шимоза. През Руско-японската война (1903-1905 г.), шимозата използвана в морските артилерийски системи на японците, придобила зловеща слава. В сравнение със старите барутни смеси, тя нанасяла страшни поражения, особено на хората. Те получавали огромни и дълбоки изгаряния, които трудно зараствали.

Какво било това ново взривно вещество? И дали наистина било ново? По-късно става ясно, че химическото съединение, всъщност е вече познатия тринитрофенол, или както става известен с промишленото си наименование пикринова киселина. Тринитрофенолът представлява кристално вещество със светло-жълт цвят. Получава се при нитриране на фенол със смес от азотна и сярна киселина. Той бил доста по-чувствителен от тротила при удар и триене. Скоростта на детонация бил доста висока — 7,1 km/s при плътност 1,6 г/cm³, като се отделяли над 1050 кил.кал/кг. Освен тези прекрасни качества обаче, имало един съществен недостатък, който затруднявал изключително използването му за взривно вещество в снарядите. В присъствие на влага пикриновата киселина бързо взаимодействала са металите и техните окиси и образувала соли — така наречените „пикрати“. Металните пикрати били много чувствителни при удар и триене и не можели да се използват за военни цели. Единствено оловото и окисите му не влизали в опасни съединения с нея. По-малко чувствителни били пикратите на натрия и амоняка, като последният се използвал за боеприпас. През 1902 г. испанският адмирал Мендоса предлага на японците формулата и технологията на производство на мелинита. Шимозата обаче освен мелинита съдържала и известна част магнезий и други добавки. Така температурата на горене се повишавала чувствително. Това всъщност е откритието на японския изобретател.

И въпреки всичко, японците започнали да използват пикриновата киселина като взривно вещество в своите морски и сухопътни артилерийски системи и благодарение на него, във войната имали значително превъзходство над руснаците. Особено ефективна била шимозата при попадения в дървените и по-слабо бронирани корпуси на руските бойни кораби. Руските корабни оръдия стреляли с изобретения от Дмитрий Менделеев през 1891 г. барут, наречен „пироколодий“. Той бил обработен да издържа дълго време на влагата в морето. В сравнение с шимозата, скоростта на детонация била почти същата — 7 km/s, но в руските снаряди количеството взривно вещество било около 4-5 пъти по-малко. За сравнение в 305 mm снаряд руснаците имат 9-12,4 кг. пироколодий, а японците 48,5 кг. шимоза.

Всъщност японецът Шимозе успял да открие, че мелинитът образува чувствителни пикрати с желязото и другите метали и тогава самоволно се взривява. Той се досеща, че е необходимо да се изолира по някакъв начин допирът на мелинита в стените на снаряда. След многобройни опити се приема технология за производство, като мелинитът се напълва в многослойна парафинена хартия, отгоре се завива в оловно фолио и още в един пласт парафинена хартия. Така получения фишек се пъха в снаряда. Имало проблем със взривателите, но и той бил преодолян. Допълнителното внасяне на магнезий в сместа, правело зарядите нестабилни и в битката при Цусима, две от оръдията на японците се взривяват при изстрел. Такива самоволни взривявания има и в артилерията на сухопътните войски, но те се възприемат като необходимо зло. Последвалата война потвърдила, че усилията на японските конструктори и военни не са били напразни. Така шимозата се появила и останала със своята зловеща слава в историята на взривните вещества.

Всички опити да се разкрие тайната на японците останали безплодни дълго време. При опити с мелинит и при самоволни взривявания загинали няколко военни специалисти. Чак към края на 1905 г., на руския химик Рдултовски се удало, след серия от крайно-опасни изследвания на невзривени японски снаряди и многобройни опити с мелинит, да разкрие химическия състав и технологията на използване на шимозата. На базата на проучванията му, руснаците дори пуснали една серия снаряди с мелинит, които дали много добри резултати. Но войната била вече свършила, с огромни загуби за Русия и ефектът от усилията бил нищожен. Останало да се чака нова война, за да се изпробва мелинита в бойни условия.

В края на 1884 г. в Централната химическа лаборатория в Париж, инженер Вийел предлага нов метод за производство на пироксилинов барут. За това откритие френската Академия на науките му присъжда огромната за времето си премия от 50 000 франка. С този барут се намалявало с 2/3 теглото на заряда, при запазване на балистическите качества. Началната скорост се увеличавала с повече от 100 m/s. През следващата година новият барут на Вийел бил окончателно приет от военните за пълнене на патроните на пушката Лебел.

Англичаните оспорват първенството за откриването на пироксилиновия барут. Те твърдят, че английските химици Рейд и Джонсън през 1882 г. патентовали пироксилинов селитрен барут, но той съществено се различавал от френския по технология и качества. Всъщност терминът бездимни барути се появил вторично, след въвеждането им в употреба. Но това ново качество се харесало много на военните, особено при употребата в артилерията. Така позициите на оръдията не се демаскирали още при първите изстрели и можели дълго време да стрелят, сравнително безопасно. Съчетани с другите качества, бездимните барути решително и окончателно изместили старите димни барутни смеси.

Нова решителна крачка в изобретяването на качествени бездимните барути внесли откритията на шведския химик Алфред Нобел. Той патентовал своето изобретение пироксилино-нитроглицеринов барут. Освен него, той случайно направил и друго важно откритие, променило изцяло както живота му, така и масовото безопасно използване на взривни вещества. По време на изследванията си, Нобел често работел с изключително опасното взривно вещество нитроглицерин. То представлява прозрачна течност, която при леко разклащане самоволно се взривява и има огромна мощност. При един опит, Нобел, без да иска, разлял нитроглицерин на работната си маса. Той не се взривил, но трябвало по някакъв начин да се обезвреди. Нобел опитал да попие нитроглицерина с инфузорна пръст, каквато случайно имал под ръка в лабораторията. Така се стигнало до получаването на ново взривно вещество с непозната дотогава мощност, добило известност с името „динамит“. За разлика от нитроглицерина, динамитът можел да се обработва спокойно и бил много непретенциозен към удари и запалване. Той се взривявал само с помощта на капсул детонатор. Това го направило най-желаното от военните взривно вещество. Освен добър химик, Нобел се оказал и добър организатор, производител и бизнесмен. На базата на барута и динамита, той за кратко време успял да стане безспорен лидер в производството на взривни вещества. Натрупал колосални богатства по време на Първата световна война и страдащ от угризения на съвестта за бедите, които е допринесъл на целия свят, Нобел завещава парите си на шведското правителство, за да раздава ежегодни премии за високи достижения в науката и техниката. Специална Нобелова награда се присъжда на изявени борци за мир.

Кутия с черен барут

Така в началото на 20 в. се оформят 3 вида бездимни барути, различни по състав, технология на производство и динамични качества.

  • I вид: Различни видове пироксилинови смеси. Такива са френския барут марка В(blanc), белгийския, руския и някои германски барути.
  • II вид: Барути, получени от смес на нитроглицерин и пироксилин. Към този вид спадат барутът на Нобел, германският барут „Балистит“, италианският „Филит“, английският „кордит“ и някои австрийски и американски производства.
  • III вид: Барути, получени при смес от пироксилин и нитропроизводни на ароматните въглеводороди. Такъв е американският барут „индурит“, изобретен от професор Мънрой, германският „пластаменит“, създаден от инженер Гутлер и някои други производства.

Освен бездимните барути съществува и още един вид барути, известни като „малкодимни“. При тях част от изгорелите газове произвеждат дим. Такъв е споменатият вече барут на Брюно. За конструираните малокалибрени пушки — кал. 6,5 и по-малки калибри, се провели експерименти с германския барут „пластаменит“ и били пуснати малки серии патрони за тях.

Бележки[редактиране | edit source]

  1. Agrawal 2010, с. 69.
  2. Cressy 2013.
  3. Benton 1862, с. 8.
  4. Rossotti 2002, с. 132-137.
  5. Kelly 2005, с. 2-5.
  6. Chase 2003, с. 31.
  7. Buchanan 2006, с. 2.
  8. Needham 1987, с. 48-50.
  9. swissrifles.com 2014.
  10. Wakeman 2012.
  11. Farrar 2014.
  12. US Department of Agriculture 1917, с. 31.
  13. Kelly 2004, с. 200.
  14. Earl 1978.
  15. Kelly 2004, с. 60-63.
  16. Frangsmyr 1990, с. 292.
  17. Munroe 1885, с. 285.
  18. Kelly 2004, с. 199.
Цитирани източници
  • ((en)) Agrawal, Jai Prakash. High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Wiley-VCH, 2010. ISBN 978-3-527-32610-5.
  • ((en)) Benton, Captain James G. Ordinance and Gunnery. 2. West Point, New York, Thomas Publications, 1862. ISBN 1-57747-079-6.
  • ((en)) Buchanan, Brenda J (ed.). Gunpowder, Explosives and the State: A Technological History. Aldershot, Ashgate, 2006. ISBN 0-7546-5259-9.
  • ((en)) Chase, Kenneth. Firearms: A Global History to 1700. Cambridge University Press, 2003. ISBN 0-521-82274-2.
  • ((en)) Cressy, David. Saltpeter: The Mother of Gunpowder. Oxford University Press, 2013.
  • ((en)) Earl, Brian. Cornish Explosives. Cornwall, The Trevithick Society, 1978. ISBN 0-904040-13-5.
  • ((en)) Farrar, Jon. The History and Art of Shotshells. // outdoornebraska.ne.gov. outdoornebraska.ne.gov, 2014. Посетен на 2014-02-06.
  • ((en)) Frangsmyr, Tore и др. The Quantifying Spirit in the Eighteenth Century. Berkeley, University of California Press, 1990.
  • ((en)) Kelly, Jack. Gunpowder: Alchemy, Bombards, & Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World. Basic Books, 2004. ISBN 0-465-03718-6.
  • ((en)) Kelly, Jack. Gunpowder: Alchemy, Bombards, and Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World. Perseus Books Group, 2005. ISBN 9780465037223.
  • ((en)) Munroe, C.E. Notes on the literature of explosives no. VIII. // Proceedings of the US Naval Institute XI. 1885. с. 285.
  • ((en)) Needham, Joseph и др. Science and civilisation in China, Volume 5, Part 7. Cambridge University Press, 1987. ISBN 978-0-521-30358-3.
  • ((en)) Rossotti, Hazel. Fire: Servant, Scourge, and Enigma. Courier Dover Publications, 2002. ISBN 978-0-486-42261-9.
  • ((en))  The History of the 10.4x38 Swiss Cartridge. // swissrifles.com. swissrifles.com, 2014. Посетен на 2014-02-06.
  • ((en))  Department Bulleting No. 316: Willows: Their growth, use, and importance. US Department of Agriculture, 1917.
  • ((en)) Wakeman, Randy. Blackpowder to Pyrodex and Beyond. // chuckhawks.com. chuckhawks.com, 2012. Посетен на 2014-02-06.

Вижте още[редактиране | edit source]

Външни препратки[редактиране | edit source]