Schwarzpulver
- Schwarzpulver
- (Blackpowder)
Inhaltsverzeichnis
Chemische Daten
Schwarzpulver stellt eine Mischung aus Salpeter (Kaliumnitrat), Schwefel und Holzkohle dar. Der Mischungsgehalt variiert zwischen 60-85% Kaliumnitrat, 10-25% Kohle und 0-20% Schwefel, wobei sich je nach Mischungsverhältnis ein unterschiedliches Abbrandverhalten ergibt. Ein erhöhter Anteil an Kaliumnitrat führt zu einem heftigeren Abbrand, ein erhöhter Kohlenstoffanteil führt zu einem langsameren und gleichmäßigeren Abbrand, wie z.B. in Raketen-Treibsätzen erforderlich. Neben Gemischen aus allen drei Komponeten werden für bestimmte Zwecke auch 2-Komponentengemische aus Kaliumnitrat und Kohle mit einem Mischungsverhältnis von ca. 80:20 Gewichtsprozent eingesetzt. Die Qualität der einzelnen Zutaten, vor allem der Holzkohle, ist entscheidend für das Abbrandverhalten und die Treibkraft des Schwarzpulvers.
Das Kaliumnitrat in der Mischung dient als Oxidationsmittel (Sauerstofflieferant), der Schwefel als Brennstoff und der Senkung der Zündtemperatur (Sensibilierung), die Kohle als Brennstoff. Die Zündtemperatur von Schwarzpulver liegt um 390°C, also oberhalb des Schmelzpunktes von Kaliumnitrat. Wichtig für die Abbrandeigenschaften des Pulvers ist auch die Wahl der richtigen Kohle. Lindenholz- oder Faulbaumkohle liefern die schnellsten Pulver (Schieß-, Ausstoß- & Zerlegerpulver). In südlichen Ländern Europas wird hierfür die Kohle aus Weinrebenholz hergestellt. Für andere Zwecke, z.B. Goldregenpulver für Sterne, wird auch Kohle aus anderen Holzarten verwendet. Jedoch muss darauf geachtet werden, dass die Qualität der Kohle möglichst gleich bleibt. Wichtig hierbei sind vor allem der Grad der Verkohlung des Holzes und der Aschegehalt.
Schwarzpulver als Schießpulver/Ausstoßladung wird durch Vermischen der drei Bestandteile zu einer feuchten, pastosen Masse hergestellt, die man anschließend unter hohem Druck zu Blöcken presst. Nach Granulieren dieser Blöcke werden die Körner nach Größen gesiebt und gewöhnlich mit Graphit (zum Schutz vor Feuchtigkeit) poliert. Die Abbrandgeschwindigkeit wird entscheidend vom Körnungsgradund der Dichte bestimmt. Feinkörniges Schwarzpulver brennt rascher ab als grob gekörntes. Fest in Hülsen als Treibsatz gepresst wird dagegen ein noch gleichmässigerer und langsamerer Abbrand erzielt. Weiterhin kann Schwarzpulver mit einem Bindemittel (Dextrin, Gummi arabicum) zu einem dünnflüssigen Brei angerührt und auf Baumwollfäden oder Jutegewebe aufgetragen werden (Stoppine).
Schwarzpulver kann auch mit verschiedenen anderen Bestandteilen versehen werden, wie Microsterne oder Metallpulver, die z.B. in Fontänen oder um beim Abbrand eines Treibsatzes einen Schweif zu erzeugen.
Ein moderner Ersatz für S. zur Verwendung in Raketentreibern ist Pyrodex.
Chemische Reaktion und Reaktionsprodukte
Für die Reaktion von Schwarzpulver bei der Verbrennung läßt sich keine einfache Reakionsgleichung angeben, da eine Vielzahl von Reaktionen nahezu gleichzeitig unter extremen Bedingungen ablaufen.
Durch Versuche mit Zweistoffgemischen (Kaliumnitrat+Holzkohle bzw. Kaliumnitrat+Schwefel) kennt man einige Vorgänge, die beim Aufheizen des Schwarzpulvers ablaufen: Das vor der Entzündung des Schwarzpulvers schmelzende KNO3 wird von der porösen Holzkohle aufgesogen und setzt sich mit der Kohle unter anderem zu CO (Kohlenmonoxid) und NO (Stickstoffmonoxid) um; das ebenfalls entstehende Nitrit bildet bei der Reaktion mit Schwefel unter anderem N2O (Lachgas). Die so entstehenden Gase CO,NO und N2O bilden ein explosives Gemisch, das unter Ablauf der Reaktionen N2O + CO --> N2 + CO2 und NO + CO --> 1/2 N2 + CO2 die eigentliche Explosion auslöst.
Bei der Umsetzung von 1 kg Schwarzpulver der (für Schießpulver typischen) Zusammensetzung Salpeter:Holzkohle:Schwefel 75:15:10 bilden sich etwa 2300 Liter Gase (Volumen bei 25°C) und etwa 600 g Rauch (feste Bestandteile) mit den folgenden Haupt-Inhaltsstoffen:
| 750 g KNO3 | --> | 710 l N2 | + | 290 g K2CO3 |
| 150 g Holzkohle | 1130 l CO2 | 110 g K2SO4 | ||
| 100 g Schwefel | 280 l CO | 125 g K2S2O3 | ||
| 60 l CH4 | 30 g K2S2 | |||
| 40 l H2S | 30 g KSCN | |||
| 80 l H2 | 15 g (NH4)2CO3 |
(alle Angaben aus: Holleman-Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage, 1995)
Rechtliches
- Der Erwerb von Schwarzpulver ist in Deutschland nur mit einem Erlaubnisschein nach §7 oder §27 gemäß Sprengstoffgesetz oder einem Böller- bzw. Vorderladerschein nach §32 der ersten Verordnung zum Sprengstoffgesetz und die Verwendung mit einem Befähigungsschein nach §20 oder §27 gemäß SprengG oder einer Umgangserlaubnis nach §27 SprengG zum Umgang mit Böllerpulver / Schwarzpulver im privaten Bereich möglich.
- Die Herstellung von Schwarzpulver ist nach dem deutschen Recht Privatpersonen verboten. Ausnahmen bilden z.B. an Schulen und Hochschulen die Freimengen für Forschung und Lehre definiert im Sprengstoffgesetz §2 Absatz 1 sowie §5 Absatz 3.
- In der Schweiz und Österreich kann jede Privatperson Schwarzpulver frei erwerben. Der Verkauf an Kinder ist teilweise beschränkt bis komplett verboten.
Geschichte
Schwarzpulver war der erste bekannte Explosivstoff und gehört wohl zu den bedeutendsten Erfindungen der Menschheit. Obwohl es anfänglich hauptsächlich für Waffen verwendet wurde und damit meist der Zerstörung diente, hatte sein Einsatz in der Industrie, z.B. seit dem 19. Jahrhundert zur Erschließung von Rohstoffen, weitreichende Auswirkungen. In der militärischen Pyrotechnik wurde es gegen Ende des 19. Jahrhunderts durch rauchloses Nitrocellulose-Schießpulver verdrängt. In der zivilen Feuerwerkerei hat es auch heute noch eine dominierende Stellung und wird in den meisten Feuerwerkskörpern verwendet
Schwarzpulver wurde höchstwahrscheinlich vor mehr als tausend Jahren durch Zufall im fernen Osten entdeckt - vermutlich in Indien früher als in China. Aus dieser Zeit existieren keine Dokumente, deshalb kommen auch Araber und Griechen/Byzantiner als Erfinder in Frage. Letzteren soll schon um 670 n.C. das "Griechische Feuer" ("Greek Fire") bekannt gewesen sein - ein Gemisch aus Salpeter, Ölen und Schwefel, das ausschließlich für kriegerische Zwecke eingesetzt wurde und als Vorläufer des Schwarzpulvers gilt. (s.a. Sprengpulver)
Erstmals soll Marcus Graecus in seinem Buch "Liber ignium ad comburendos hostes" das Greek Fire und ein dem Schwarzpulver ähnliches Gemisch im 8. Jahrhundert erwähnt haben. Gesichert sind die Aufzeichnungen des englischen Mönches Roger Bacon "Opus Majus" (ca. 1242), in denen er ein Gemisch aus Salpeter, Holzkohle und Schwefel und dessen Verwendung für Knallkörper beschreibt. Die Legende um den Franziskaner-Mönch Berthold Schwarz aus Freiburg reicht ungefähr in das Jahr 1380 zurück: Constantin Anklitzen nahm beim Eintritt in das Kloster den Namen Berchthold an, den Beinamen Schwarz erhielt er aufgrund seines Interesses an Alchemie und Schwarzer Magie (er galt als "Nigromantikus"). Auch er soll zufällig das Schwarzpulver erfunden und anschließend mit Feuerwaffen experimentiert haben. Die Existenz von "Niger Berchtholdus" ist nicht zu beweisen, weil alle Aufzeichnungen des freiburgischen Klosters kurz vor der Reformation zerstört wurden. Sicher ist, dass Freiburg im 14. und 15. Jahrhundert ein Zentrum in der Entwicklung von Feuerwaffen und Ausbildung von Kanonieren war (Deutsches Feuerwerksbuch, 1420). Zuvor jedoch sollen schon unter König Alphonsus XI. von Spanien aus Mörsern verschossene Eisenkugeln mit explosivem Inhalt bei der Belagerung Castilliens durch die Mauren im Jahr 1331 (1348?) eingesetzt worden sein.
Bis etwa 1650 schwankten die Anteile der drei Komponenten erheblich. Holzkohle und Schwefel waren weit stärker vertreten, oft zu je einem Viertel oder sogar einem Drittel der Gesamtmenge. Seit 1650 hat sich das grobe Mischungsverhältnis 75:15:10 (Kaliumnitrat:Kohle:Schwefel) durchgesetzt. Schwarzpulver war bis zur Erfindung von modernen Sprengstoffen wie C4 und ANFO das einzige Treib- und Sprengmittel für Artillerie- und Handfeuerwaffen.
