Thuốc nổ đen

Lý-Hóa tính

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

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.

Lịch sử

Người phương Tây thường cho rằng, các đạo sĩ ở Trung Quốc thế kỷ 9, trong khi luyện đan, đã tình cờ phát hiện ra phản ứng cháy của hỗn hợp có diêm tiêu". Người Trung Quốc khảo cứu các tài liệu từ thời nhà Tần và thế 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. 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. 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.
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 nổ và thuốc 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 lệnh và hỏa 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 lửa và súng 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, 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 Phi và Mỹ. 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 dân sự

Thuốc nổ dùng để phá đá, xây đường và đào mỏ. Thuốc nổ dùng trong đào mỏ từ thế kỷ 15, ghi chép sớm nhất còn lại về đào mỏ thuốc nổ là Hungary năm 1627. 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. 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. Kênh này hoàn thành năm 1681 nối Địa Trung Hải và Vịnh Biscay, kênh dài 240 km và có 100 cửa cống. Một công trình khác dùng nhiều thuốc nổ đen là kênh Erie ở tiểu bang New York, dài 585 km, làm 8 năm, bắt đầu năm 1817. 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 xẻ và đường hầm. Đoạn 800 mét kéo dài của đường hầm hộp trên tuyến đường sắt Great Western nối London và Bristol ngốn 1 tấn thuốc nổ đen một tuần trong 2 năm. 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.