Ruuti
Ruuti on nopeasti palava aine, jota käytetään muun muassa ilotulitteissa ja erilaisten ampuma-aseiden ammusten ajoaineena. Ruutia on kahta peruslajia, jo 800-luvulla tunnettua "mustaruutia" ja nykyaikaista eli "savutonta ruutia". Kaikki nykyaikaiset aseet käyttävät savutonta ruutia.
Ruuti ei kuitenkaan kuulu varsinaisiin räjähdysaineisiin vaan nk. "deflagroituviin" eli "humahtaviin" aineisiin, sillä sen räjähdysnopeus jää alle äänen nopeuden kyseisessä aineessa, jolloin palotapahtuma ei etene shokkiaaltona. Varsinaisia räjähdysaineita ovat nk. "detonoivat" eli "räjähtävät" yhdisteet. Suljetussa tilassa mustaruuti ja sen palojätteet voivat kuitenkin paineen noustessa detonoida. Tällöin se räjähtää paljon normaalia suuremmalla paineella, ja voi särkeä aseen, jonka laukaisussa sitä käytetään. Kyse on periaatteessa Diesel-efektistä.
Mustaruuti on mekaaninen seos ja koostuu rikistä, hiilestä ja kaliumnitraatista (salpietari) suhteessa 2:3:15 osaa. Ruudin palamisen nopeutta säädellään sen hienoudella.
Mustaruuti voi palaa suljetussakin tilassa ilman ilmakehän happea, koska palamiseen tarvittava happi saadaan hapettimena toimivasta salpietarista. Sen palaessa tapahtuva kemiallinen reaktio voidaan yksinkertaistetusti esittää seuraavalla reaktioyhtiöllä:
Sen palaessa syntyy kuitenkin myös muita reaktiotuotteita esimerkiksi seuraavasti:
Syntyvät kaasut, hiilidioksidi ja typpi, aiheuttavat ruudin palaessa syntyvän suuren paineen. Mustan ruudin sisältämästä hiilestä jää kuitenkin aina osa palamatta. Se sekä reaktiossa syntyvät kiinteät jauhemaiset kaliumyhdisteet muodostavat ruudin palaessa savupilven, joka likaa aseen. Osa ruudin sisältämästä rikistä palaa muodostaen rikkidioksidia, joka aiheuttaa mustalle ruudille ominaisen katkun ja lisää aseen piipun sisäpinnan korroosioriskiä.
Ensimmäisen savuttoman ruudin keksi ranskalainen Paul Vieille vuonna 1886. Poudre Blanche-ruuti koostui nitroselluloosasta, pumpuliin imeytetystä typpihaposta, joka liuotettiin eetteriin ja alkoholiin, painettiin levyiksi ja leikattiin paloiksi. Savuttoman ruudin etuna on sen savuttomuuden lisäksi suurempi teho, kiväärien kantomatka saatiin pidennettyä jopa 1 000 metriin. Savuton ruuti mahdollisti myös konetuliaseiden käyttöönoton.
Myös Alfred Nobel kehitti 1887 savuttoman ruudin, joka sai nimen ballistiitti; siitä kehittyi myöhemmin moderni kordiitti. Se koostuu nitroselluloosasta, johon imeytetään 20 % nitroglyseriiniä käyttämällä liuottimena asetonia. Ruutiin lisätään 5 % vaseliinia estämään nitroglyseriinin aiheuttamaa korroosiota aseessa. Asetoni kerättiin talteen, koska sen valmistus oli kallista ennen kemisti Chaim Weizmannin kehittämää synteettistä asetonia. Massa puristetaan reikien läpi langan () muotoon, kuivataan ja leikataan paloiksi. Rakeet pinnoitetaan grafiitilla staattisen sähkön estämiseksi.
Savuton ruuti on tehokkaampaa kuin musta ruuti, joten sen palamisnopeutta on joskus vähennettävä vaurioiden estämiseksi. Tämä tehdään ensisijaisesti raekokoa säätelemällä, mutta myös koostumusta muuttamalla. Käsiaseissa rakeet ovat noin millimetrin mittaisia, ja isommissa tykeissä jopa peukalonpään kokoisia. Tavoitteena on usein, että ruuti palaa koko aseen piipun tai putken matkan, tuottaen tasaisen paineen. Pienillä ruutimäärillä tuota tavoitetta ei voi saavuttaa. Niinpä esimerkiksi Suomessa Sakolla tehtyjen mittausten mukaan esimerkiksi pienoiskiväärin luoti hidastuu piipussa sen pituuden ylittäessä 25–30 cm.
Savuttomien ruutien kaikki palamistuotteet ovat kaasumaisia, minkä vuoksi niistä ei synny kiinteiden pienhiukkasten muodostamaa savupilveä.
Bysanttilainen arkkitehti Kallinikos käytti ruudin ainesosia kreikkalaisen tulen raaka-aineina 671. Sekoittamalla kolofonihartsia, sammuttamatonta kalkkia, salpietaria ja pyriittiä saatiin aikaan seos, joka syttyi kosketuksesta veden kanssa, tarttui erilaisiin pintoihin, räiskyi ympäriinsä ja saattoi palaa myös veden alla. Kallinikosta pidetään polttotaisteluaineiden keksijänä, mutta kyseessä ei kuitenkaan ollut räjähdysaine.
Varsinainen ruuti keksittiin Kiinassa 800-luvulla (Tang-dynastia). Aseissa sitä alettiin käyttää noin sata vuotta myöhemmin. 1100-luvulla ruutia käytettiin ampumaan bambuputkista tehtyjä raketteja vihollista kohti. Ensimmäinen metallinen tykki rakennettiin todennäköisesti 1200-luvun puolivälissä.
On todennäköistä, että ruuti on keksitty karjanhoidon yhteydessä : vielä uuden ajan alkupuolen Suomessa ruudin keskeinen aineosa, salpietari, saatiin tuotettua keittämällä eläinten ja ihmisten lantaa kokoon. Näin saatu lantasalpietari valmistettiin erityisissä salpietarikeittämöissä. Sotajoukot saattoivat polttaa itsekin koivumiiluja ruudin hiiltä saadakseen. Näin saatu salpietari yhdistettiin mekaanisesti koivuhiileen ja rikkiin, joka ei ole täysin välttämätön aineosa. Onkin todennäköistä, että puisten karjasuojien alusrakenteet tai esimerkiksi eläinten suosimilla paikoilla olleet nuotionjätteet, jotka ovat joutuneet tekemisiin haihtumisen synnyttämän ”luontaisen” salpietarin kanssa, on sattumalta, mutta kertaa toisensa jälkeen havaittu helposti syttyviksi ja voimakkaasti palaviksi. Mustan ruudin kohdalla palo-ominaisuudet ovat olleet helposti havaittavissa, sillä se palaa vapaastikin siroteltuna kohtalaisen voimakkaasti, toisin kuin nykyiset savuttomat ruudit. ”Lanta-aspekti” ilmeni toisessa muodossa ensimmäisen maailmansodan alussa, kun Saksa ei enää saanut tuotua ruutiteollisuudelleen guanoa Chilestä. Saksan sotataloudelle oli onni, että synteettinen nitraatti oli kehitetty juuri ennen sodan alkua.
Ensimmäinen käyttötarkoitus on voinut olla käyttö sytykkeenä. Edelleen hypoteesina voi esittää, että säilytys- ja sytytystarkoituksessa ruuti on ympäröity johonkin kääreeseen, jonka on ollut tarkoitus paitsi toimia säilytysrasiana myös ”ottaa tulta” ja mahdollistaa nuotion syttyminen. Kääre tai säiliö on voinut olla bambua. Etenkin, jos toisesta päästään suljettu pakkaus on laitettu nuotioon, ruudin räjähdys- tai rakettivaikutusta ei voi olla havaitsematta. Esimerkiksi nykyisten ilotulitusrakettien ajoaine on yhä usein mustaruuti, ja toiminnan kannaltakin on yhdentekevää, onko raketin ruuti pakattu paperiseen tai bambuiseen kääreeseen.
1300-luvulla Euroopassa alettiin valaa pronssisia tykkejä. Ensimmäinen laukaisukoneisto, lunttulukko, keksittiin 1400-luvun lopulla, jolloin käsitykeistä siirryttiin musketteihin. Ensimmäiset kanuunat valmistettiin 1400-luvun puolessavälissä pajahitsaamalla rauta- ja teräsliuskoja puisen karan ympärille tynnyrin tavoin: tästä italian nimi "canna" (tynnyri) ja englannin tykinputkea merkitsevä "barrel" (tynnyri).
Sodankäynnissä ruudin merkitys oli siinä, että ensimmäistä kertaa sodankäynnin käytössä oli merkittävä voima ihmisen ja eläinten lihasvoiman sekä luonnonvoimien (tuuli, tuli, vesi) lisäksi. Käytännöllisempiä muutoksia oli muun muassa että tappamiseen taistelukentällä ei tarvittu enää suurta lihasvoimaa ja vuosien aseen käytön harjoittelua, uudet aseet olivat entistä kalliimpia ts. sodankäynti kallistui. Lisäksi paksuimmatkin linnoituksen muurit pystyttiin murskaamaan kalliilla tykeillä. Ruuti siis vaikutti sodankäynnin ”demokratisoitumiseen” ja loi osaltaan perusteita keskitetyille kuningaskunnille.
Vaikkakaan ruudin keksimisestä tai leviämisestä ei ole suoraa lähdeaineistoa, useimmat tutkijat uskovat salpietaripohjaisten räjähdysaineiden kehittyneen Kiinassa mustaruudin varhaiseksi muodoksi, joka levisi ensin Lähi-itään mahdollisesti silkkitien kautta ja sieltä Eurooppaan. 1200-luvun puolivälissä mongolit saivat vastaansa ruudilla toimivia käsitykkejä sekä alkeellisia sirpalekranaatteja taistelussa Song-dynastian liittolaisia vastaan. Tämän johdosta he hankkivat käsiinsä ruudin valmistusohjeet ja piirustukset tykkien valmistukseen. On kuitenkin mahdollista, että ruuti on keksitty itsenäisesti 1200-luvun alussa myös Euroopassa, sillä ruuti levisi arabimaihin, Intiaan ja Indonesiaan vasta sen jälkeen, kun sitä jo käytettiin Euroopassa. Ruutiaseet levisivät myös Euroopassa lännestä itään, eivät idästä länteen, kuten voisi olettaa, mikäli ruuti olisi tullut Eurooppaan Kiinasta.
Kiistattomasti ensimmäiset maininnat ruudista ovat Song-kauden Kiinasta 900-luvulta, jolloin sitä on käytetty ilotulitteena. Ensimmäinen tunnettu ruutiresepti on Tseng Kuan-Lingin kirjasta ”Wu Chung Tsung Yao” 1044.
Ensimmäinen eurooppalainen ruutiresepti on peräisin Roger Baconilta 1250. Hän esittelee myöhemmin lukuisia erilaisia ruutireseptejä toisessa kirjassaan. Ruudin käytön ampuma-aseissa teki perimätiedon mukaan tunnetuksi 1300-luvulla elänyt saksalainen Berthold Schwarz. Ei kuitenkaan ole varma, onko hän todellinen historiallinen henkilö.