Schwarzpulver

Schwarzpulver
Pulversprengstoff
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Gekörntes Schwarzpulver
Chemische Zusammensetzung
Sprengkräftige Bestandteile
Weitere Bestandteile
  • Sensibilisierer: Schwefel
  • Brennstoff: Holzkohlepulver
Physikalische Eigenschaften
Dichte von 1,2 bis 1,5 g/cm3
Sauerstoffbilanz von −30 bis −15 %
Explosionswärme ca. 2700 kJ / kg
Schwadenvolumen von 260 bis 340 l / kg
Spezifische Energie 280 l · MPa / kg
Detonationsgeschwindigkeit von 300 bis 600 m/s (Deflagration)
Explosionstemperatur ca. 2300 K
Eigenschaftsvergleich
Brisanz sehr gering
Zündempfindlichkeit sehr hoch
Schwadenvolumen gering

Schwarzpulver war der erste Explosivstoff, der als Schießpulver für Treibladungen von Schusswaffen verwendet wurde. Als Sprengpulver ist es ein Sprengmittel. Heute wird es als Korn- und Mehlpulver hauptsächlich in der Pyrotechnik, insbesondere der Feuerwerkerei, verwendet.

Chemie

Zusammensetzung

Schwarzpulver ist eine pyrotechnische Mischung, die aus Kaliumnitrat (Kalisalpeter), Holzkohle und Schwefel besteht. Schwarzpulver besteht im Mittel aus 75 % Salpeter (Kaliumnitrat), 10 % Schwefel und 15 % Holzkohle, kann je nach Verwendungszweck hiervon aber leicht abweichen.

Pulver auf der Basis von Natriumnitrat, das billiger aber sehr hygroskopisch ist, wurde in Form von Presslingen hergestellt und mit Bitumen gegen Feuchtigkeit imprägniert. Diese Presslinge waren als Geschützpulver wenig geeignet, sie wurden vornehmlich im Bergbau verwendet, die Bezeichnung lautet Sprengsalpeter.

In der frühen Geschichte des Schwarzpulvers wurde statt Kalisalpeter auch Calciumnitrat (zunächst als Mauersalpeter) und Magnesiumnitrat genommen, die aber wegen hygroskopischer Eigenschaften das Pulver schnell verdarben. Aus diesem Grund wurden Umlösungsprozesse entwickelt, die mit Hilfe von Pottasche aus gelöstem Calcium- und Magnesiumnitrat eine Lösung mit Kaliumnitrat lieferten (Calcium und Magnesium wurden als Karbonate ausgefällt). Die Gewinnung der Nitrate für Schwarzpulver geschah später durch bakterielle Nitrifikation.

Salpeter dient als Sauerstofflieferant, wobei auch andere Salze (z.B. Chlorate, jedoch wegen hoher Brisanz nicht für Treibladungspulver) verwendet werden können. Kohlepulver dient als Brennstoff und Schwefel als Brennstoff und Sensibilisierer, damit die Schwarzpulvermischung bei kleinster Berührung mit Funken zu brennen beginnt.

Zur Erzielung von Flammenfärbungen für pyrotechnische Erzeugnisse kann das Kaliumnitrat durch Nitrate ersetzt werden, deren Kation eine entsprechende Flammenfärbung liefert.

Herstellung

Die Bestandteile müssen fein zermahlen und gleichmäßig vermischt werden, wobei jeder Vorgang mehrere Stunden dauert. Das geschieht meistens in einer Pulvermühle. Danach wird das Gemisch in Kuchen feucht verpresst und getrocknet, die wiederum zermahlen und entweder gekörnt oder als Mehlpulver belassen werden. Beim Körnen, das schon im 15. Jahrhundert bekannt war, wird das Pulver angefeuchtet und wieder in Bewegung zu Kügelchen geformt. Damit wird ein Entmischen der Bestandteile verhindert und über die Größe der Kügelchen kann die Abbrandgeschwindigkeit in gewissen Grenzen reguliert werden. Außerdem dringt beim Anfeuchten Salpeter und Schwefel in die Mikroporen der Kohlepartikel.

Das fertige Pulver wird noch getrocknet und kann dann abgefüllt und verpackt werden. Es hält sich luftdicht verpackt über Jahrhunderte völlig unverändert.

Deutsche Schwarzpulvermühlen gibt es in Harzgerode (Sachsen-Anhalt) und in Liebenburg (Niedersachsen).

Chemische Reaktion

\mathrm{16 \, C + 4 \, S + 10 \, KNO_3 \rightarrow 15 \, CO + K_2CO_3 + 4 \, K_2SO_3 + 5 \, N_2}

Beim Verbrennen des Schwarzpulvers entstehen also Kohlenmonoxid, Kaliumcarbonat, Kaliumsulfit und Stickstoff. Diese Reaktionsgleichung ist sehr vereinfacht und von der prozentualen Zusammensetzung des Schwarzpulvers abhängig. Nicht berücksichtigt wurde dabei die Restfeuchtigkeit sowie der Sauerstoff-, Wasserstoff- und Ascheanteil in der Holzkohle.

Explodierte schwarzpulvergefüllte Rohrbombe aus einem Versuchsaufbau
Geborstener Lauf einer Vorderladerpistole, die anstelle von Schwarzpulver mit Nitrocellulosepulver beschossen wurde und den erhöhten Belastungen nicht standhielt

Die Mischung verbrennt rasch, die innerstoffliche Schallgeschwindigkeit wird dabei jedoch nicht überschritten, weswegen statt von einer Detonation von einer Deflagration gesprochen wird. Bei der Verbrennung entsteht eine Temperatur von ungefähr 2 000 °C.

Schwarzpulver deflagriert mit einer Abbrandgeschwindigkeit von 300 bis 600 m/s, dabei spielen die Restfeuchtigkeit, die Gründlichkeit der Mahlung und Vermischung der Bestandteile, die Größe und Dichte der Ladung sowie die Körnung eine große Rolle:

Während bei Handwaffen feinkörniges Pulver verwendet wurde, um überhaupt eine akzeptable Schussleistung zu erreichen, musste bei großkalibrigen Geschützen entsprechend grobkörniges Pulver verwendet werden, um den Enddruck zu begrenzen und damit Rohrsprengungen zu vermeiden. Bei Feuerwerkskörpern wird eine Verdämmung aus Karton, Kunststoff und ähnlichem verwendet.

Das Schwadenvolumen (bei Normalbedingungen) liegt um 337 l/kg, außerdem entstehen etwa 0,58 kg feste Kaliumsalze.

Die Nachteile von Schwarzpulver sind die recht niedrige Leistung, durch die brennbaren Gase bedingtes starkes Mündungsfeuer und starke Rauchentwicklung durch die großen Mengen fester Kaliumsalze. Aus diesem Grund wurde es weitgehend durch rauchschwaches Schießpulver auf der Basis von Nitrozellulose verdrängt.

Schwarzpulver ist wenig schlag- und reibungsempfindlich. Statische Elektrizität (Funkenschlag) kann es nur äußerst schwer entzünden, da die enthaltene Holzkohle ein guter Leiter ist und der Strom abfließen kann. Die Zündtemperatur liegt sehr niedrig (ca. 170 °C). Schwarzpulver ist massenexplosiv. Ab einer Menge von ca. einem Kilogramm ist keine Verdämmung mehr erforderlich, damit das Pulver nicht mehr nur abbrennt, sondern in jedem Fall explodiert.

Verwendung

Schwarzpulver wird in der Pyrotechnik, bei frei erhältlichen Knallkörpern, bei Modellraketenantrieben u. a. verwendet.

Geschichte

Allgemeines

Der Chemiker und Spezialist für Explosivstoffgeschichte Jochen Gartz vertritt die Ansicht, dass die Rezeptur des Schießpulvers, entgegen früheren Vorstellungen, nicht durch Zufall in China oder Arabien entdeckt wurde, sondern sich im Laufe wiederholter Experimente aus salpeterhaltigen Brandmischungen entwickelt hat, wie sie den Byzantinern bereits seit dem 7. Jahrhundert bekannt waren. Hierbei wurden nach und nach die flüssigen Bestandteile des sogenannten griechischen Feuers (wie z.B. Erdöl) durch festere Brandstoffe ersetzt (wie pulverisierte Kohle).

Der Liber Ignium (das Buch der Feuer) des fiktiven Marcus Graecus, entstanden um 1225 mit noch erhaltenen Abschriften bis ins 13. Jahrhundert aber auf ältere antike und arabische Quellen zurückgehend, enthält ein Rezept in der Zusammensetzung 6 Teile Salpeter, 2 Teile Holzkohle und 1 Teil Schwefel, das sich auch in einem Albertus Magnus zugeschriebenen Werk findet, dessen Zuschreibung aber sehr zweifelhaft ist. Auch Roger Bacon erwähnt in mehreren Schriften von 1242 bis 1267 mehrmals das Pulver, unter anderem als Kinder-Feuerwerkspielzeug. Ob er darüber hinaus genaue Angaben zur Herstellung und Zusammensetzung von Schwarzpulver machte ist umstritten. J. R. Partington folgt in seiner Geschichte der Pyrotechnik einer Rekonstruktion eines Anagramms durch den Artillerieoberstt Henry Hime (1904), dass dieser in einer unklaren Stelle bei Bacon gelesen haben will (in einem Buch von Bacon, dessen Zuschreibung umstritten ist). Die zweifelhafte Rekonstruktion liefert eine vom Liber Ignium und späteren Rezepten abweichende Zusammensetzung von fast gleichen Anteilen (7 Teile Salpeter, 5 Teile Haselholz-Kohle und 5 Teile Schwefel).

Erste militärische Anwendung soll das Schießpulver in Europa möglicherweise bei einer Schlacht im hundertjährigen Krieg im Jahr 1346 in der Nähe von Abbéville erhalten haben.

Um 1354 nutzten die Dänen das Schießpulver bei einer Seeschlacht.

China

Im Kaiserreich China wurden salpeterhaltige Brandsätze im Song-zeitlichen Wu Ching Tsung Yao um 1044 erwähnt. In dieser Zeit wurden auch Feuerpfeile (Raketen) entwickelt. Ein chinesischer Kriegsmandarin, Yu-yen-wen, wollte im Jahr 1161 derartige Feuerpfeile auch zur Abschreckung von Feinden militärisch nutzen. Im Jahr 1232 kam bei der Belagerung der Stadt Kai-Feng Schießpulver zum Einsatz. In China und Japan diente jedoch das Schießpulver vornehmlich zu rituellen Zwecken, und zwar zu Ehren Verstorbener. Das Buch ist aber nur in seiner jüngsten Kopie von 1550 aus der Ming-Zeit überliefert, daher ist nicht mehr erkennbar, ob die Vermerke zu den Brandsätzen nicht später hinzugefügt wurden. Es ist jedoch nachgewiesen, dass mit Schwarzpulver gefüllte Bomben durch die Chinesen spätestens im 13. Jahrhundert als Waffe eingesetzt wurden.

Arabien

In seinem Buch über berittenen Kampf und den Einsatz von Kriegsmaschinen (Al-Furusiyya wa al-Manasib al-Harbiyya) von etwa 1285 beschreibt der syrische Autor Hasan al-Rammah die Herstellung von Schwarzpulver, insbesondere die erforderliche Reinigung des Kaliumnitrats.

Mittelalter

Im Mittelalter wurde Schwarzpulver im niederdeutschen Sprachraum als krud oder krut (Kraut) auch „Donnerkraut“ und im hochdeutschen Sprachraum als pulver/puluer (frühneuhochdeutsch) bezeichnet. Die heutige Bezeichnung Schwarzpulver geht wohl nicht auf den Franziskanermönch Berthold Schwarz aus Freiburg im Breisgau zurück, der im 14. Jahrhundert einer Legende zufolge die treibende Wirkung der Pulvergase auf Geschosse fand, sondern auf dessen schwarzes Aussehen; gegen Ende des 19. Jahrhunderts unterschied man Schwarzpulver von den neuen weißen Cellulosenitratpulvern.

Schwarzpulver blieb bis zur Erfindung der modernen Sprengstoffe der einzige militärische und zivile Explosivstoff und einziges Treibmittel für Artillerie- und Handfeuerwaffen. Im 17. Jahrhundert wurde seine Handhabung als Treibmittel für Musketen durch die Papierpatrone mit abgemessener Füllmenge einschließlich Kugel erleichtert. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts machte die Entwicklung des Hinterladers die noch einfachere Einheitspatrone möglich. Seit Mitte des 19. Jahrhunderts verdrängten brisantere Sprengstoffe - wie das Nitroglyzerin, das darauf basierende Dynamit, die Nitrozellulose (Schießbaumwolle), Nitroaromaten, Nitramine usw. - das Schwarzpulver weitgehend als Explosivstoff und Treibmittel.

Heutige Verwendung

Korn

Heute wird Schwarzpulver vor allem für Feuerwerke verwendet. Es dient dabei als Antriebsmittel für einfache Raketen, als Ladung von Böllern (Böllerpulver) und als Ausstoß- und Zerlegerladung für größere Effektträger wie beispielsweise Bomben und Bombetten.

Im Schießsport wird Schwarzpulver nur noch als Reminiszenz an die Geschichte des Schützenwesens verwendet, wo es in verschiedenen Disziplinen des Vorderlader- und Westernschießens oder zum >Böller- und Salutschießen zum Einsatz kommt. Erhältlich ist Schwarzpulver für den sportlichen oder jagdlichen Einsatz (als Jagdschwarzpulver) in verschiedenen Korngrößen die mit dem Buchstaben F (ersatzweise auch P) gekennzeichnet werden (Körnung in mm):

Mehlpulver

Mehlpulver (engl. meal) ist die Bezeichnung für nicht gekörntes Schwarzpulver.

Mehlpulver ist Schwarzpulver, welches nicht gekörnt wurde und sich so wenig für die Verwendung in Schusswaffen eignet. Wird es zusammengedrückt, verbrennt es nur langsam an der Oberfläche (wie z.B. in einer Rakete), ist es zu lose, kann es sich so schnell umsetzen, dass durch den rapiden Druckanstieg der Lauf gesprengt wird. Zudem gelangt das feine Mehlpulver oft nicht durch Einschütten bis zum Pulversack herunter, sondern bildet vorher einen Pfropfen, so dass die Waffe nicht funktionieren kann. Hinzu kommt, dass Mehlpulver die Eigenschaft hatte, sich beim Transport in den Fässern zu entmischen. Gerade auf den ruckeligen Pferdekarren kam es oft dazu, dass nach dem Transport die drei Grundbestandteile in Schichten vorlagen.

Mehlpulver wurde früher oft als Sprengpulver in Mörsern, in Brandkugeln oder als sogenanntes Zündkraut in Steinschloss-, Radschloss- oder Luntenschlosswaffen benutzt. Heute wird es in der Feuerwerkerei verwendet, um den Abbrand einzustellen und damit den Effekt passend zur Geltung zu bringen.

Sprengpulver

Schwarzpulver wird als Sprengpulver, je nach Verwendung, den Sprengstoffen oder auch den Schießstoffen bzw. den pyrotechnischen Chemikalien zugeordnet. Die sprengtechnischen Eigenschaften sind jedoch abhängig von der Restfeuchte, der Körnigkeit, der Durchmischung und der Zusammensetzung des Pulvers, sowie von der Ladungsmenge, der Verdämmung und der Einbringung der Ladung (Bohrloch oder aufgelegte Ladung).

Ein wichtiger Einsatzort ist im Steinbruch zur Gewinnung wertvoller Werksteine wie Marmor oder Granit. Aufgrund der stark zerstörenden Wirkung von Detonationssprengstoffen kommen diese dort nicht zum Einsatz. Da Sprengpulver nicht brisant ist, sondern schiebende Wirkung hat, wird das Gestein relativ schonend losgebrochen, man erhält Bruchstücke in verwendbarer Größe und es entstehen keine Haarrisse. Nach dem Aufkommen moderner Sägemethoden verliert dieses Verfahren jedoch zunehmend an Bedeutung.

Verstärkerladung

In der Artillerietechnik als Booster in der Zündkette. Der Anzünder zündet primär eine Schwarzpulverladung, die die weiteren Ladungsbeutel mit NC-Pulver entzündet.

Rechtliche Hinweise

In der Schweiz ist Schießpulver in Jagdgeschäften frei erhältlich.

Schwarzpulver unterliegt den allgemeinen rechtlichen Regelungen für pyrotechnische Gegenstände, da es als Chemikalie als pyrotechnischer Satz> gilt. Spezielle Regelungen für offenes und verbautes Schwarzpulver sind:

Erwerb, Besitz und Umgang ist dem geprüften Pyrotechniker oder Sprengberechtigten prinzipiell gestattet.

Sollten Sie dennoch Schwarzpulver benötigen besuchen Sie zwischen dem 27. und 31.12. eines jeden Jahres den Lebensmittelhändler des Vertraues. (REWE, Aldi, EDEKA....)

Hinweis zu Rechtsheitsthemen Bitte den Hinweis zu Rechtsthemen beachten!

 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 24.01. 2020