Polvere nera

Polvere nera

La polvere nera è il più antico esplosivo in polvere utilizzato dall'uomo.

Utilizzata per secoli, soprattutto dopo il 1400 e fino al 1890 come propellente per il caricamento di munizioni. Attualmente, il suo principale uso è in pirotecnica, per le cariche di lancio e di scoppio di fuochi d'artificio., oppure miscelata ad altri ingredienti, per torce, fiaccole ed artifizi di segnalazione.

Fiaschette per la polvere nera usate per il caricamento delle armi ad avancarica. Quella a sinistra, da moschetto, è prodotta dalla Colt, quella al centro è di marca sconosciuta, quella a destra accompagnava le rivoltelle della Remington Arms.

Presumibilmente, fu inventata nel secolo IX e composta da salnitro, carbone vegetale e zolfo. Come sempre accade quando mancano i dati precisi, specialmente quando si tratta di un avvenimento di così vasta ripercussione mondiale, molti popoli se ne sono contesi e se ne contendono il merito.

Il fatto che autori come Scipione Maffei (scrittore del XVIII secolo), il Sardi, il Bonaiuto Lorini (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 questa sostanza. Questi storici ritengono che i cinesi adoperassero miscele di polvere parecchi secoli prima dell'Era Cristiana. Queste miscele sarebbero passate agli altri popoli dell'Asia e agli Arabi e ai Greci del Basso Impero nel periodo delle migrazioni mongoliche. Le invasioni degli Arabi e le Crociate in Oriente ed in Africa fecero conoscere questi composti agli altri popoli.

Non è provato che i Cinesi possedessero il cosiddetto 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 che a sua volta usò questi arnesi strappati al nemico. Lo dimostra la descrizione di battaglie e apparecchiature di guerra e accenna alle armi usate da quei popoli ne Il Milione di Marco Polo, che però non fa mai menzione di bocche da fuoco. L'opera risale al XIII secolo.

Leggende dicono che la scoperta sia avvenuta accidentalmente da parte di alcuni alchimisti mentre ricercavano l'elisir dell'immortalità e 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 per fabbricare 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 e il più antico cannone in Cina è datato 1290. Dalla Cina l'utilizzo militare della polvere nera si diffuse al Giappone edall'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. Per esempio le mura cittadine di Pechino 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 il suo utilizzo per scopi bellici è riferito alle gesta del condottiero Pedro Navarro, che alla fine del Quattrocento 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 XV 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, come esplosivo a fini bellici, termina praticamente negli anni 1870 con l'invenzione della dinamite, ad opera di Alfred Nobel, la cui ricetta originale conteneva il 55% in peso di nitroglicerina e 45% di farina fossile e successivamente con l'introduzione di esplosivi più moderni.

Composizione

La composizione ottimale della polvere nera può variare a seconda degli usi, ed è costituita da (percentuali in massa):

• Nitrato di potassio, KNO₃ nella proporzione del 75%.
• Carbone di legno, C₇H₃O nella proporzione del 12,50% (dosaggio francese), oppure del 15% (dosaggio inglese).
• Zolfo, S nella proporzione del 12,5% (dosaggio francese), oppure del 10% (dosaggio inglese).

A seconda del tipo di carbone utilizzato (prodotto dalla pirolisi della legna a 500 °C e in assenza di ossigeno) si ottiene una diversa velocità di combustione. Ad esempio, con grafite, oppure con carbone di quercia, pioppo e faggio, a parità di dimensione granulometrica (generalmente 80 micrometri), si ha una combustione più lenta. Usando invece carbone di vite (oppure quello ottenuto da altri alberi da frutto) oppure carbone di salice, si ottiene una combustione più rapida. Per ottenere la massima velocità di combustione possibile, si può usare carbone di balsa, salicone (salice delle capre), oppure frangola (alder buckthorn). In questo caso, la combustione diventa istantanea, come un flash. Maggiore è la velocità di combustione e più la polvere da sparo, se confinata in un recipiente chiuso e dotato di miccia, tenderà a detonare facilmente. Può raggiungere una velocità di detonazione di 1500 m/sec. Anticamente, polveri a lenta combustione erano utilizzate per il caricamento di cannoni e bombarde, mentre quelle a rapida combustione erano più utili per armi da fuoco portatili.

La combustione della polvere nera è una reazione di ossidoriduzione complessa. Partendo dal dosaggio inglese, avviene la seguente reazione:

10 KNO₃ + 4 S + 2 C₇H₃O => 5 K₂O + 3 H₂O + 4 SO₂ + 12 CO + 2 CO₂ + 5 N₂

Se il nitrato di potassio supera la percentuale dell'80%, all'incendiarsi della polvere si ottengono molti residui bianchi composti prevalentemente da carbonato e solfato di potassio, residui che continuerebbero a bruciare per qualche istante emettendo gas incandescenti tra cui biossido di carbonio, di zolfo e azoto; quindi la polvere emetterebbe molti più residui solidi che gas diventando praticamente inservibile.

Esistono anche delle particolari polveri nere senza zolfo dette "asulfuree", queste polveri nere sono costituite solamente da nitrato di potassio e carbone, di solito nella proporzione del 75% di nitrato di potassio e del 25% di carbone, e 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. Sono quindi preferite le polveri nere normali con zolfo in quanto, liberando più calore, sviluppano pressioni maggiori rispetto ai gas più freddi delle polveri "asulfuree". Con lo zolfo si ottengono quindi esplosioni leggermente più potenti.

Se invece si sostituisce al nitrato di potassio il suo rispettivo clorato alle polveri "asulfuree", si ottiene un tipo di polvere nera chiamata H3, costituita di solito dal 75% di clorato di potassio e dal 25% di carbone, che per molti aspetti assomiglia a una polvere flash in quanto deflagra con enorme velocità. È estremamente importante non mettere mai zolfo o zucchero in polveri a base di clorato di potassio in quanto basta un modesto urto per far deflagrare o addirittura detonare improvvisamente la miscela.

Talvolta si aggiunge l'1 o il 2 per cento di bicarbonato di sodio alle polveri H3 per impedire che eventuali acidità nel composto decompongano il clorato di potassio in acido clorico che, essendo un potente ossidante, incendierebbe il carbone facendo così deflagrare o detonare la polvere spontaneamente.

Se invece si sostituisce al nitrato di potassio il suo perclorato si ottiene un esplosivo chiamato " Pirodex", costituito di solito dal 75% di perclorato di potassio, dal 15% di carbone e dal 10% di zolfo, che libera più calore e meno residui solidi rispetto alla normale polvere nera a base di nitrato di potassio, ma è anche leggermente più lento nella combustione.

Il perclorato di potassio è ottimo per polveri flash con alluminio e/o magnesio e/o zolfo, mentre per la polvere nera è meglio utilizzare nitrato di potassio o di sodio o al massimo di clorato di potassio, che è utilizzato anche per produrre polveri flash senza zolfo e con piccole percentuali di bicarbonato di sodio come precauzione.

Aggiungendo alla polvere 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.

Infine aggiungendo alcuni sali di metalli si ottengono diverse colorazioni più o meno intense: i sali di bario, in particolare il nitrato di bario, danno un colore verde acceso, i sali di stronzio e calcio un colore rosso-arancione, quelli di rame verde-azzurro, quelli di sodio giallo-oro, quelli di potassio violetto ecc.

Al posto di zolfo e carbonella vi sono farine di prodotti plastici e/o fosforo oppure alluminio e/o magnesio, in questo caso la polvere prende il nome di "polvere flash" poiché deflagra molto velocemente liberando anche molto calore: si sviluppano temperature fino a 3000 gradi centigradi.

Fabbricazione

Non si ottiene la polvere nera semplicemente mescolando nitrato di potassio, zolfo e carbone, ma esiste un ciclo di lavorazione di queste tre sostanze. Prima occorre ridurre lo zolfo ed il carbone in polveri impalpabili e con una granulometria inferiore agli 80 micrometri. Poi si miscela lo zolfo con il carbone in un mulino a sfere per 8-12 ore. Aggiungere il nitrato di potassio ai combustibili, assieme ad una soluzione alcolica (che deve contenere almeno 80% di alcool etlico, metilico oppure isopropilico). La pasta ottenuta si omogeneizza in un macinatore centrifugo (frullatore, impastatore, ecc.). Poi lascia asciugare l'impasto tramite essiccazione a bassa temperatura (da evitare forni, fornelli, microonde, ecc.). L'impasto asciutto va polverizzato delicatamente, ottenendo una polvere omogenea e molto infiammabile.

Un altro metodo produttivo è quello della schiacciata: la polvere resa impalpabile viene compressa, mediante una pressa, in pani o in fogli sottili. La polvere deve raggiungere una densità di circa 1.7 g/cmq . Successivamente il risultato della schiacciata deve essere ridotto in granuli mediante altri strumenti, quali pestelli o frantumatori. I granuli vengono separati in base alla granulometria.

• 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, 1987.

Voci correlate

• Esplosivo
• Provapolvere
• Scovolo
• Tubo bomba

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• (EN) black powder / gunpowder / corned powder, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.

http://www.creagan.net/fireworks/charcoal_tests.html