Barut

Barut je eksplozivni prah. Kemijska, mehanička i eksplozivna je smjesa sljedećeg sastava:

• kalijev nitrat (KNO3, salitra) 75%
• drveni ugljen (C, s velikim postotkom ugljika) 20%
• sumpor (S) 15%

Ovaj sastav i omjer je korišten od početka u Kini, gdje je i izmišljen. Smatra se prvim eksplozivom i prvom pirotehničkom mješavinom. Može se raditi sporiji i brži barut, samo da je u danom omjeru:

• od 60 do 80% kalijev nitrat,
• od 5 do 30% drveni ugljen i
• od 5 do 25% sumpor.

Evo 2 često korištena omjer: 70% KNO3 + 15% C + 5% S ili 76,2% NaNO3 + 25,4% C + 8,4% S.

1250.g. Ruđer Bacon je dao sljedeći sastav crnog baruta:

• 41,2% natrijevog nitrata,
• 29,4% sumpora i
• 19,4%-drvenog ugljena. Taj barut nije brzo izgarao i nije stvarao puno dima, ali je stvarao jak pritisak, pa se koristio kao sporogoreće pogonsko gorivo raketa.

Kroz povijest su se mijenjale sastavine (omjeri) baruta i način izrade. Prije, davno, barut se radio u velikim količinama, jer je bio jedni do tada poznati eksploziv i koristio se je često. Pošto je pravljenje i izrada baruta dosta opasan i rizičan posao, da se smanji mogućnost od zapaljenja (jer je dovoljna i samo jedna mala iskra) zbog manjeg rizika su mnogi dodavali alkohol (vino, aceton) ili neku drugu tekućinu, pa se je sušilo i onda se je dobivao barut visoke kvalitete, jer što je bitno, kalijev nitrat se otopi i spoji sa sumporom, što je dobro, a ugljen se je naknadno dodavao kad se je to dvoje osušilo.

Izmislili su ga kineski alkemičari u 9. stoljeću, iako se pretpostavlja da je već znan od prije, od 160-122.g. pne.. Po tradiciji ugljen je rađen od drveta breze, ali se može koristiti i lijeska, bazga ili bor (češeri). U osnovi, barut je mješavina kalijevog nitrata, sumpora i ugljena, ali se umjesto njega u mnogim pirotehničkim smjesama koristi i šećer. Kalijev nitrat služi kao oksidans, a sumpor osigurava stabilnu reakciju. Ugljik i kisik stvaraju reakcijom ugljični dioksid i energiju. NO3, S i C (nitrat (u ovom kontekstu kalijev nitrat-KNO3), sumpor i ugljik (ugljen iz drva, s visokim udjelom ugljika u sebi)) zajedno reagiraju stvarajući dušični i ugljični dioksid, te kalijev sulfid. Ima široke primjene u pirotehnici. Barut i pirotehničke smjese pretvaraju se u plinovite produkte u prvom redu izgaranjem. Od svih vrsta eksploziva barut reagira najsporije. Vrlo je osjetljiv na mehaničke impulse. Osjetljivost mu je na udar i trenje u razini osjetljivosti jakih sekundarnih eksploziva, heksogena i oktogena. Posebice ga karakterizira velika osjetljivost na plamen i iskru. Zbog takvih svojstava rad sa crnim barutom zahtjeva primjenu strogih mjera pirotehničke sigurnosti, posebno usmjerenih na spriječavanje stvaranja uvjeta koji bi mogli izazvati nastanak iskre (trenje, statički elektricitet i sl.). Zbog izvanredno velike osjetljivosti na iskru i plamen, velike brzine pripaljivanja i sagorijevanja kod nižih pritisaka, crni je barut našao veliku primjenu u municiji. Unatoč nekim nedostacima (u prvom redu velikoj higroskopnosti), crni barut je i danas nezamjenljiv u izradi sporogorećeg štapina, pripala za barutna punjenja i različite pirotehničke smjese, zatim za izradu vježbovnih sredstava, i sl. Donedavno se crni barut primjenjivao i za izradu usporivača, npr. usporivača za upaljač ručne bombe. Sa crnim i sivim se punu petarde i druge pirotehničke sprave, jer je on relativno jeftin za raditi, za razliku od bezdimnog baruta.

Temperatura izgaranja je negdje oko 2400°C. Brzina igaranja (ili detonacije) 340 m/s. Energija je 720 kcal/kg. Amosferski tlak je 6 900. Relativna gustoća je 2 g/cm3. Reakcija: 2KNO3+3C+S=K2S+3CO2+N2 ili 10 KNO3 + 3 S + 8 C → 2 K2CO3 + 3 K2SO4 + 6 CO2 + 5 N2.

Taj prah (barut) kad je u zatvorenome prostoru u vakuumu (zbijen ili ne) i kad se do njega izazove zapaljenje, njegova snaga se prenosi na sve strane nekontrolirano, a to nekontrolirano širenje čestica nazivamo eksplozija. Kontrolirano širenje šestica nazivamo ekspanzija, npr. zapaljenje goriva u klipu motora, zrno u metku ima svoje usmjerenje, putem cijevi gdje vi to želite. Barut izgara naglo razvijajući veliku toplinu i stvarajući pretežno plinovite produkte uz neke krute (kalijev sulfid), koji daju dim. Eksploziju baruta možemo definirati opisom kao da kad dođe do njegovog zapaljenja da eksplozija mora jednostavno negdje izbiti, a ono što puca nije dim, nego plinoviti i vatreni produkti nastali izgaranjem lako zapaljive smjese (npr. bezdimni barut). Ekspandirajući plinovi izazivaju eksploziju.

Stare poslovice kažu:"gdje ima vatre ima i dima" ili obrnuto "gdje ima dima ima i vatre". Nove narodne poslovice to demantiraju čak i uz dokaze. Brodske dimne signalne naprave kod "izgaranja" uopće nema vatre, a trinitroceluloza (bezdimni barut) kod izgaranja uopće nema dima.

Sivi barut se pak dobija sa kalijevim nitratom, koji nije baš tolike kvalitete, kao crni, ali se kvaliteta može dobiti natapanjem u nekom alkoholu. Jedna od mana mu je ta, da ostavlja tragove izgaranja i tvrde ostatke. Jednim dijelom je to dobro, pa je našao primjenu u proizvodnji malih "petardi". Stavlja se u malo debljem sloju ispod "kresa", a ispod njega, tj. u sredini je crni barut, a na dnu je čep od "kreča" (klaka, gipsa).

Crni barut se pak dobija sa natrijevim nitratom, iako su natrij i kalij slični elementi, a i njihovi spojevi, razlika je u tome, da natrijev nitrat ima veću snagu i jačinu, temperaturu i brzinu izgaranja. Koristi se u pirotehnici, ali samo kod raketa i tako nekih pirotehničkih priprava, gdje je bitno brzo izgaranje i veliki potisak i jačina. Pošto je on dosta jak, isto se samo malo smanjuje dodavanjem šećera (saharoze). Šećer u principu gori, ali samo s gorućim mješavinama ili oksidansima. On podržava gorenje i natrijev nitrat će isto izgarati, ali samo će biti manja rekacija izgaranja. Natrijeve soli u pravilu su znatno topljivije od kalijevih, ali kalijeve soli bolje podržavaju gorenje od natrijevih, što ovisi s kojim su redukcijskim sredstvima pomiješane.

Brži barut je većinom bio prije korišten za miniranje, iako sada samo u pirotehničkim kompozicijama, raketama, itd.. Dobija se dodavanjem više kalijevog nitrata i ugljena, ali znatno manje sumpora. Sumpor je inače u barutu kao katalizator i služi da ravnomjerno drži reakciju izgaranja, a pošto je bitno da brzo izgara, onda količina sumpora i ne smije biti u nikojem slučaju manja od 10%.

Sporiji barut se koristi u raznim pirotehničkim smjesama, ali udjela samo do 30%, npr. bengalke, flash powder, vulkani, fontane, itd., i dodavaju se kemijski elementi (većinom metali) za bojenje plamena (npr. crvena-bakar i silicij). Sporiji reguliramo većom količinom sumpora, ali manjom količinom kalijevog nitrata, koji se natopi nekim alkoholom ili pak vodom udjela do 15%, pa se dodaje na kraju dekstrin, a zatim se suši. Ugljen se dodaje nakon određenog vremena prije nego se cijeli osuši.

Bijeli barut se koristi u pirotehnici najčešće za paljenje termitnih smjesa, flash powdera, vatrometnih bombi, i ostalih pirotehničkih naprava. Sastoji se od natrijeva ili kalijeva klorata i aluminija u prahu.

Vitaminski barut je sličan prethodnome, ali samo po primjeni, po kojoj služi za paljenje istih. Osim toga, pošto razvija veliku detonaciju, stvara jako malo temperature s malo više dima. Jako brzo izgori i 15g! Kad je u vakuumu (skučenom prostoru), koristi se i kao detonator (jer stvara impuls) za električno paljenje raketa. Moguće je zapaljenje smjese s pomoću njega, kad temperature dosežu ispod nišice (-0°C), zbog ovih mogućnosti. Njegova priprava je vrlo jednostavna. Radi se od ovih sastojaka: vitamin C i kalijev nitrat. Vitamin C je kao takav dostupan u svim ljekarnama i drugim prodavaonicama koje imaju dozvolu prodavanja lijekova. Vitamin C tablete su tipične po ascorbičnoj kiselini 83% i celuloznog filtera 17%. Kad se kasnije otopi, ono što bude pri vrhu, se baci. Omjeri među ascorbične kiseline (vitamina C) i KNO3-a (kalijeva nitrata) je: 4.5 grama vitamina C i 6.2 grams kalijeva nitrata. Kad se to usitni i dobro pomiješa, onda se doda 0.5 grama željezova (III) oksida i zalije s 30 ml vode. Kad se to sve napravi, otopi i izmiješa, onda se to sve lagano pogrijaje, maksimalno šezdeset i pet celzijevih stupnjeva (MAX. <65°C). Smjese se treba dobiti oko 12g.