Polvere nera
La polvere nera, conosciuta anche come polvere da sparo o polvere pirica, è un esplosivo che brucia in maniera progressiva, usata in passato (prima del 1890) come propellente per le armi da fuoco, ma anche molto usata in pirotecnica per le cariche di lancio e di scoppio. Avendo un basso potere dirompente è considerato l'esplosivo più innocuo che c'è, pertanto è persino di libera vendita in nazioni come gli Stati Uniti d'America.
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[modifica] Storia
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Per approfondire, vedi la voce Uso bellico della polvere da sparo. |
Non si hanno notizie precise sull'invenzione della polvere pirica, la quale è composta da salnitro, carbone vegetale e zolfo. E, come sempre accade quando mancano i dati precisi, specialmente trattandosi di un avvenimento di così vasta ripercussione mondiale, molti popoli se ne sono conteso e se ne contendono il merito.
Il fatto che autori e storici come Scipione Maffei (scrittore del XVIII secolo), il Sardi, il Lorini Bonaiuto (Ingegnere e scrittore militare del XVI secolo), Gonzales di Bernardino de Mendoza (scrittore militare spagnolo del XVI secolo) ed altri, chiamino il salnitro sale della China fa sostenere che i Cinesi siano stati i primi a conoscere ed a fabbricare tale sostanza. Gli storici già menzionati ritengono che essi adoperassero miscele di polvere parecchi secoli prima dell'Era Volgare. Queste miscele sarebbero passate agli altri popoli dell'Asia e nel periodo delle migrazioni mongoliche, agli Arabi e ai Greci del Basso Impero. Le invasioni degli Arabi e le Crociate in Oriente ed in Africa fecero conoscere tali composizioni agli altri popoli.
Non è provato che i Cinesi possedessero il così detto fuoco che vola cioè i cannoni di Bambù per lanciare proiettili infiammati. I Cinesi se ne sarebbero serviti al principio del XIII secolo contro il conquistatore mongolo Gengis Khan, il quale a sua volta usò tali arnesi strappati al nemico. Il fatto a dimostrarlo è che Marco Polo nel suo Milione descrive battaglie e apparecchiature di guerra ed accenna alle armi usate da quei popoli, ma non fa mai parola di bocche da fuoco. Siamo nel XIII secolo.
Se passiamo alla leggenda, sembra che la scoperta sia avvenuta accidentalmente da parte di alcuni alchimisti mentre ricercavano l'elisir dell'immortalità, ed il primo riferimento alla polvere nera sia stato l'avviso, nei testi di alchimia, a non mescolare insieme certe sostanze. Joseph Needham nel suo Scienza e civiltà in Cina individua in un testo dell'XI secolo varie formule per la preparazione di polvere da sparo. Dal X secolo, l'utilizzo della polvere nera per scopi militari divenne di uso corrente in Cina, sotto forma di razzi e bombe esplosive lanciate da catapulte. La prima testimonianza di un cannone risale al 1126 quando vennero usati dei cilindri di bambù per lanciare missili contro il nemico. I cilindri di bambù vennero sostituiti da canne di metallo ed il più antico cannone in Cina è datato 1290. Dalla Cina l'utilizzo militare della polvere nera si diffuse al Giappone ed all'Europa. La polvere nera fu usata dai Mongoli contro gli Ungheresi nel 1241. Verso la metà del XIV secolo i primi cannoni erano diffusamente menzionati sia in Europa che in Cina.
L'uso della polvere nera per la produzione di armi da fuoco e cannoni fu ostacolato dalla difficoltà di creare canne metalliche capaci di sopportare l'esplosione. Questo problema può aver portato alla falsa convinzione che i cinesi usassero la loro scoperta solamente per i fuochi d'artificio. In realtà cannoni e razzi spinti da polvere nera furono impiegati nelle invasioni Mongole del XIII secolo e furono una componente importante dell'arte militare in Estremo Oriente. Le mura cittadine di Pechino, ad esempio, furono appositamente costruite per resistere ad attacchi di artiglieria e la dinastia dei Ming trasferì la capitale da Nanchino a Pechino perché le colline circostanti Nanchino fornivano una buona postazione di artiglieria per un eventuale esercito assediante.
In Europa la sua utilizzazione per scopi bellici è riferita, concordemente, alle gesta del condottiero Pedro Navarro, che, tra la fine del '400 e soprattutto l'inizio del Cinquecento, espugnò con le sue mine numerose fortezze. Un vasto sviluppo della tecnologia legata alla polvere nera si ebbe, anche in Estremo Oriente, tra il predetto periodo e il XVII secolo. Miglioramenti nella metallurgia permisero armi più piccole e portarono alla creazione del moschetto. La tecnologia dei cannoni europea sorpassò gradualmente quella della Cina e questi miglioramenti tecnologici furono reintrodotti in Cina dai missionari gesuiti che furono incaricati di sovraintendere alla costruzione dei cannoni da parte degli ultimi imperatori Ming e dei primi imperatori Qing.
L'utilizzo della polvere nera termina praticamente negli anni 1870 con le scoperte di Alfred Nobel e con l'introduzione di esplosivi più moderni.
[modifica] Composizione
La composizione ottimale della polvere nera è costituita da (percentuali in massa):
- Nitrato di potassio nella proporzione del 74,65%
- Carbone di legno nella proporzione del 13,50%
- Zolfo nella proporzione del 11,85%
La combustione della polvere nera è una ossidoriduzione complessa che produce molti prodotti di reazione in rapporti variabili come il carbonato di potassio, solfato di potassio, solfuro di potassio, nitrato di potassio, tiocianato di potassio, carbonato di ammonio, biossido di carbonio, azoto, monossido di carbonio, acido solfidrico, idrogeno e vapore acqueo.
Variando i dosaggi si hanno caratteristiche differenti; ad esempio se si aumenta la concentrazione di carbone si ha un aumento nella velocità di reazione ma una diminuzione del potere calorifico. Una buona formula, a più elevata velocità di reazione della precedente formula classica, è la seguente: 75% nitrato di potassio, 15% carbone di legnao, 10% zolfo (razzi e bombe carta).
Al contrario, se si ha necessità di bassa velocità di reazione ed elevata emissione di luce e calore (fontane e articoli pirotecnici statici) è necessario aumentare la percentuale di zolfo, ad esempio: 75% nitrato di potassio, 18% zolfo, 7% carbone di legno. Altre buone formule per la polvere nera sono:
-Nitrato di potassio (75 %), Carbone (20 %), Zolfo (5 %)
-Nitrato di potassio (75%), Carbone (12,5 %), Zolfo (12,5 %)
- Nitrato di potassio (75 %), Carbone (10 %), Zolfo (15 %)
-Nitrato di potassio (70 %), Carbone (20 %), Zolfo (10 %)
-Nitrato di potassio (70 %), Carbone (18 %), Zolfo (12 %)
- Nitrato di potassio (70 %), Carbone (15 %), Zolfo (15 %)
-Nitrato di potassio (70 %), Carbone (10 %), Zolfo (20 %)
- Nitrato di potassio (65 %), Carbone (25 %), Zolfo (10 %)
- Nitrato di potassio (65 %), Carbone (23 %), Zolfo (12 %)
All' aumentare del nitrato di potassio aumenta l' ossigeno nella miscela e quindi si avra' piu' calore di reazione aumentando cosi' la potenza esplosiva, tuttavia, il nitrato di potassio non deve superare la percentuale dell' 80 per cento altrimenti si produrrebbero troppi residui solidi e la polvere sarebbe troppo lenta per poter esplodere.
Se il nitrato di potassio dovesse superare la percentuale dell' 80 per cento, all' incendiarsi della polvere si otterrebbero molte palline bianche composte prevalentemente da carbonato e solfato di potassio, che continuerebbero a bruciare per qualche istante emettendo gas incandescenti tra cui biossido di carbonio, di zolfo e azoto; quindi la polvere emetterebbe molti piu' residui solidi che gas diventando praticamente inservibile.
All'aumentare del carbone la polvere sara' piu' veloce nella combustione ma liberera' anche meno calore.
Infine, all'aumentare dello zolfo si avra' piu' calore solo che, a differenza del nitrato di potassio, lo zolfo puo' al massimo essere in percentuale uguale a quella del carbone altrimenti la polvere sarebbe nuovamente troppo lenta per poter esplodere, ad accezione di alcuni casi in cui la percentuale di zolfo puo' essere in rapporto 3 a 2 con il carbone o addirittura del doppio rispetto alla percentuale di carbone.
Esistono anche delle particolari polveri nere chiamate "sulfurless", che tradotto in Italiano vuol dire " senza zolfo", infatti queste polveri nere sono costituite solamente da nitrato di potassio e carbone (di solito nella proporzione del 75 % per il nitrato di potassio e del 25 % per il carbone) hanno la caratteristica di bruciare molto velocemente se si utilizza un carbone contenente molte particelle volatili, ad esempio di balsa, ma non liberano molto calore e quindi sono preferite le polveri nere normali con zolfo in quanto, liberando piu' calore, i gas che si sviluppano sono piu' caldi e quindi meno densi e pertanto occupano piu' volume rispetto ai gas piu' freddi delle polveri "sulfurless" ottenendo un'esplosione leggermente piu' potente.
Se invece si sostituisce al nitrato di potassio il suo rispettivo clorato alle polveri "sulfurless" si ottiene un tipo di polvere nera chiamata H3 (costituita di solito da clorato di potassio nella proporzione del 75 % e da carbone nella proporzione del 25 %) che per molti aspetti assomiglia a una polvere flash in quanto deflagra con enorme velocita', pero' e' estremamente importante ricordarsi di non mettere mai zolfo o zucchero in polveri a base di clorato di potassio in quanto basta un modesto urto che quest' ultima puo' deflagrare o addirittura detonare improvvisamente.
Talvolta si aggiunge l'1 o il 2 per cento di bicarbonato di sodio alle polveri H3 per impedire eventuali acidita' nel composto che decomporrebbero il clorato di potassio in acido clorico che, essendo un potente ossidante, incendierebbe il carbone facendo cosi' deflagrare o detonare la polvere.
Se invece si sostituisce al nitrato di potassio della normale polvere nera con zolfo il suo perclorato si ottiene un esplosivo chiamato " Pirodex" (costituito di solito da perclorato di potassio nella proporzione del 75 %, da carbone nella proporzione del 15 % e da zolfo nella proporzione del 10 %) che libera piu' calore e meno residui solidi rispetto alla normale polvere nera a base di nitrato di potassio ma e' anche leggermente piu' lento nella combustione.
Il perclorato di potassio e' ottimo per polveri flash con alluminio e/o magnesio e/o zolfo, mentre per la polvere nera e' meglio utilizzare nitrato di potassio o di sodio o al massimo di clorato di potassio, che e' utilizzato anche per produrre polveri flash senza zolfo e con piccole percentuali di bicarbonato di sodio come precauzione.
Additivando la polvere con piccole percentuali di magnesio e alluminio polverizzati si ottiene un aumento di emissione luminosa, calore e pressione, il che aumenta la spettacolarità del fuoco artificiale.
Aggiungendo alcuni sali di metalli si ottengono, infine, diverse colorazioni più o meno intense: i sali di bario, in particolare il nitrato barico, danno un colore verde acceso, i sali di stronzio e calcio un colore rosso-arancione, quelli di rame verde-azzurro, di sodio giallo-oro, di potassio violetto ecc.
Nelle moderne polveri piriche il nitrato di potassio è stato sostituito da una miscela di clorato e perclorato di potassio il che rende la miscela più resistente all'umidità e ne aumenta il potere calorifico. Al posto di zolfo e carbonella vi sono farine di prodotti plastici e/o fosforo ma anche alluminio e/o magnesio, in tal caso la polvere prenderebbe il nome di " polvere flash" in quanto deflagrerebbe molto velocemente liberando anche molto calore (fino a 3000 gradi centigradi) bruciando quindi in un " flash".
[modifica] Bibliografia
- Di Martino Nicola. Nuovi elementi di aritmetica - uso Accademia del Corpo Reale di Artiglieria, Napoli, 1805;
- I.S.G.A.G. Rivista Artiglieria e Genio, a cura dell'Istituto di Cultura dell'Arma del Genio, Roma, 1887/1932;
- Fuller J.F.C. Le battaglie decisive del mondo occidentale e la loro influenza sulla storia. Ufficio Storico - Stato Maggiore Esercito, Roma, 1988;
- Cecchini Ezio Tecnologia e arte militare. Ufficio Storico - Stato Maggiore Esercito, Roma, 1997;
- Lorini Bonaiuto. Trattato delle fortificazioni trattato in sei volumi. Venezia, 1577-1587;
- Marselli Nicola. La guerra e la sua storia. Ufficio Storico - Stato Maggiore Esercito, Roma, 1986.
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