Pólvora

Aprenda sobre a ciência da pirotecnia e pólvora usada para efeitos em Hollywood

Aprenda sobre a ciência da pirotecnia e da pólvora usada para efeitos em Hollywood. Descubra a química da pólvora e dos efeitos pirotécnicos de Hollywood. American Chemical Society (um parceiro editorial da Britannica) Veja todos os vídeos para este artigo



Pólvora , qualquer uma das várias misturas de baixo explosivo usadas como cargas propulsoras em armas e como agentes de detonação na mineração.



chifre de pólvora e pólvora

chifre de pólvora e pólvora Chifre de pólvora e pólvora. Encyclopædia Britannica, Inc.



O primeiro desses explosivos foi a pólvora negra, que consiste em uma mistura de salitre (nitrato de potássio), enxofre e carvão. Quando preparado aproximadamente nas proporções corretas (75 por cento de salitre, 15 por cento de carvão e 10 por cento de enxofre), ele queima rapidamente quando inflamado e produz aproximadamente 40 por cento de produtos gasosos e 60 por cento de sólidos, estes últimos em sua maioria parecendo fumaça esbranquiçada. Em um espaço confinado, como a culatra de uma arma, o gás pode ser usado para propelir um míssil, como uma bala ou projétil de artilharia. O pó preto é relativamente insensível a choques e fricção e deve ser inflamado por chama ou calor. Embora tenha sido amplamente suplantado por pólvora sem fumaça como propulsor de munições em armas, a pólvora negra ainda é amplamente usada para cargas de ignição, escorvadores, fusíveis e cargas de fogo vazio no exército munição . Com proporções variadas de ingredientes, ele também é usado em fogos de artifício, fusíveis de tempo, sinais, rojões e cargas de projeção para bombas práticas.

Acredita-se que a pólvora negra tenha se originado na China, onde era usada em fogos de artifício e sinais no século X. Entre os séculos 10 e 12, os chineses desenvolveram o huo qiang (lança de fogo), uma proto-arma de curto alcance que canalizava o poder explosivo da pólvora através de um cilindro - inicialmente, um tubo de bambu. Após a ignição, projéteis como flechas ou pedaços de metal seriam ejetados com força, junto com uma impressionante gota de fogo. No final do século 13, os chineses estavam empregando armas verdadeiras, feitas de latão ou ferro fundido. As armas começaram a aparecer no Ocidente por volta de 1304, quando o Árabes produziu um tubo de bambu reforçado com ferro que usou uma carga de pólvora negra para disparar uma flecha. A pólvora negra foi adotada para uso em armas de fogo na Europa a partir do século XIV, mas não foi empregada para fins pacíficos, como mineração e construção de estradas, até o final do século XVII. Ele permaneceu um explosivo útil para quebrar depósitos de carvão e rochas até o início do século 20, quando foi gradualmente substituído por dinamite para a maioria dos fins de mineração.



Berthold, o Negro, descobrindo a pólvora, ilustração do Le Petit Journal, c. 1901.

Berthold, o Negro, descobrindo a pólvora, ilustração de O pequeno jornal , c. 1901. Photos.com/Jupiterimages



A preparação do pó preto a partir de ingredientes sólidos requer a mistura e combinação uniformes do salitre, carvão e enxofre. Os primeiros processos de fabricação usavam métodos manuais; os ingredientes foram simplesmente moídos juntos em um pó usando um almofariz e pilão . No início do século 15, dispositivos de trituração de madeira movidos a água, chamados de carimbos de madeira, passaram a ser usados ​​para moer os ingredientes, e dispositivos de trituração de metal movidos a energia substituíram os moinhos de carimbo de madeira no século 19.

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Como a queima de pólvora negra é um fenômeno superficial, uma granulação fina queima mais rápido do que uma grossa. Uma taxa de queima rápida é balisticamente eficaz, mas tende a criar pressões excessivas no cano da arma. Assim, a pólvora negra em sua forma de pó queimava muito rapidamente para ser um propelente seguro em armas de fogo. Para remediar isso, os europeus nos séculos 15 e 16 começaram a fabricar pó em grãos grandes de tamanho uniforme. A velocidade de queima pode ser variada usando um tamanho diferente de grânulo. No século 19, quando os projéteis alongados substituíram as bolas redondas e o rifle dos tubos dos canhões foi adotado para girar e estabilizar o projétil, pós pretos foram fabricados para queimar ainda mais lentamente. Na década de 1850, Thomas J. Rodman do Exército americano desenvolveram grãos de pólvora negra de tal forma que forneciam uma superfície de queima progressivamente maior à medida que a combustão progredia, com uma liberação máxima de energia resultante depois que o projétil já havia começado a descer pelo cano da arma.

Começando na década de 1860, a pólvora negra foi gradualmente suplantada para uso em armas de fogo pelo guncotton e outras formas mais estáveis ​​de nitrocelulose. Ao contrário do pó preto, que queima pelas reações químicas de seus constituir ingredientes, a nitrocelulose é inerentemente instável composto que queima decompondo-se rapidamente, formando gases quentes. Em contraste com o pó preto, ele produz quase todo o gás na combustão, ganhando o nome de pó sem fumaça. Também ao contrário da pólvora negra, a nitrocelulose queima progressivamente, gerando mais pressão de gás à medida que a combustão prossegue. Isso resulta em velocidades de cano mais altas (para o projétil) e menos tensão exercida sobre a arma de fogo.



Nitrocelulose

Nitrocelulose Pirocelulose, ou guncotton, uma forma de nitrocelulose. Fabexplosive



A nitrocelulose é fabricada por nitratação de fibras de celulose, como algodão ou polpa de madeira, com ácidos nítrico e sulfúrico. As primeiras técnicas de fabricação muitas vezes não conseguiam remover todos os vestígios de ácidos residuais da nitrocelulose, que tendia a sofrer uma decomposição espontânea imprevisível, resultando em explosão. Na década de 1880, os químicos europeus começaram a adicionar estabilizantes especiais para neutralizar os ácidos residuais e outros agentes de decomposição na nitrocelulose. O produto estável e confiável resultante, conhecido como pólvora sem fumaça, foi amplamente adotado em todos os tipos de armas nas décadas seguintes e suplantou a pólvora negra como carga propelente na artilharia e munições de armas pequenas. (A pólvora negra ainda é usada para inflamar a carga propelente principal [sem fumaça] em peças de artilharia de grande calibre, no entanto.)

Os propelentes de nitrocelulose produzem muito menos fumaça e flash do que a pólvora negra e oferecem muito mais trabalho mecânico por unidade de peso. As outras vantagens do pó sem fumaça são sua estabilidade melhorada no armazenamento, seus efeitos erosivos reduzidos nos furos da arma e o controle aprimorado que pode ser obtido sobre sua taxa de queima.



Pyrodex

Pyrodex Pyrodex, um substituto para a pólvora negra. Hustvedt

A maioria das formas de pólvora produzidas hoje são de base única (isto é, consistindo de nitrocelulose sozinha) ou de base dupla (consistindo de uma combinação de nitrocelulose e nitroglicerina). Ambos os tipos são preparados plastificando nitrocelulose com solventes adequados, enrolando-a em folhas finas e cortando as folhas em pequenos quadrados chamados grânulos ou grãos, que são então secos. O controle da taxa de queima é obtido variando o composição , tamanho e forma geométrica dos grãos propulsores e, às vezes, por tratamento de superfície ou revestimento dos grãos. Geralmente, o objetivo é produzir um propelente que seja lentamente convertido em gás nos estágios iniciais de queima e mais rapidamente convertido à medida que a queima progride.



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