Buskruit

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie

Buskruit is een explosief mengsel dat gebruikt wordt om projectielen af te schieten, om vuurpijlen voort te stuwen en als uitstootlading (Engels: "bursting charge") in mortieren, lichtkogels en sterren. Ook werd het met name vroeger wel in de mijnbouw gebruikt.

[bewerken] Samenstelling

We onderscheiden rookzwak kruit (dat bestaat uit cellulosenitraat en glycerinenitraat) dat in moderne munitie wordt gebruikt, en het ouderwetse zwarte buskruit. Dit laatste bestaat uit kaliumnitraat (KNO₃), houtskool en zwavel (S₈), gemengd in de massaverhouding respectievelijk 75/15/10, of zwavelloze variant: KNO₃/houtskool 82/18. Alle ingrediënten fijn gepoederd en vermengd heet green-powder of slangenpoeder; het mengsel verbrandt traag en laat heel veel residu achter. Als het mengsel nog een paar uur met een kogelmolen wordt gemalen heet het resulterende mengsel meal powder (betekent letterlijk 'meelkruit') is zeer brandbaar en prima bruikbaar voor uitstootladingen in raketten en vuurpijlen en laat vrij weinig tot geen residu achter.

De effectiviteit van het mengsel kan nog belangrijk worden verbeterd door het onder toevoeging van water (en soms dextrine) nog een poos samen te malen in een kogelmolen waarna het wordt gedroogd en gezeefd. Hierdoor wordt een veel inniger vermenging van de bestanddelen bereikt. Men spreekt dan van "pulverone". Als men een nog beter resultaat wil, kan dit door te persen tot koeken onder hoge druk, en deze koeken te breken en op korrelgrootte te zeven. Hierna volgt voor de grotere korrels nog een grafiteringsstap om de korrels beter te laten vloeien.

Na droging is het mengsel gemakkelijk tot ontbranding te brengen, een elektrostatische ontlading of een flinke stoot die flink wat wrijvingswarmte veroorzaakt kan hiervoor genoeg zijn. Buskruit kan wegens het ontbrandingsgevaar alleen nat worden gemalen. De hevigheid van de verbrandingsreactie hangt zowel af van de mengverhouding als van de korrelvorm en de korrelgrootte waarin het mengsel is gebracht. Ook is uit ervaringen gebleken dat het soort gebruikte houtskool erg van belang is voor de kwaliteit van het buskruit, zo worden vooral houtskool van zachte houtsoorten zoals wilgen, paulonia, hennep, of balsahout gebruikt. Soms worden de mengverhoudingen wat aangepast (afhankelijk van het doel waarvoor het mengsel wordt gebruikt). Kaliumnitraat is beter dan natriumnitraat of ammoniumnitraat, omdat die te hygroscopisch zijn. Ammoniumnitraat is zelfs helemaal niet goed bruikbaar omdat dit de neiging heeft te ontleden, waardoor het de houtskool en de zwavel niet oxideert. Dit resulteert in een lage brandsnelheid.

[bewerken] Explosiereactie

Bij de verbranding ontleedt het kaliumnitraat waarbij zuurstofgas vrijkomt dat reageert met de koolstof en zwavel onder vrijkomen van warmte en een aantal vaste en gasvormige reactieproducten, met name CO, CO₂, N₂, en SO₂. De vaste producten zijn vooral kaliumoxide, -sulfide en -sulfaat. De verbranding vindt snel plaats maar wordt pas explosief als het kruit opgesloten is in een kleine ruimte. De snelheid van verbranding in het mengsel blijft onder die van het geluid - buskruit detoneert niet. Overgens kloppen onderstaande reacties niet helemaal aangezien houtskool behalve koolstof ook potas (kaliumcarbonaat) bevat en andere zouten bevat. Dit kaliumcarbonaat is een belangrijke katalysator. Het is daarom niet mogelijk om buskruit te maken van pure koolstof.

De explosieve kracht van zwart kruit is betrekkelijk gering. Het verbrijzelt naastliggende structuren niet (wat in de mijnbouw een voordeel kan zijn) maar duwt ze weg. De relatieve hoeveelheid vast residu na de explosie is een van de redenen dat zwart buskruit niet meer in geweerpatronen wordt gebruikt: de producten zijn sterk corrosief (H₂SO₃ en K₂O tasten de loop aan). Ook verraadt de grote rookwolk onmiddellijk de plaats van de schutter.

De vorm van de kruitkorrels heeft invloed op de snelheidsopbouw van het projectiel tijdens de verplaatsing door de loop van het wapen (→ inwendige ballistiek). Bij bolvormige kruitkorrels neemt het brandend oppervlak (en dus de druktoename) gestaag af. Bij kruitkorrels met een binnenkant (bijvoorbeeld bij de cilindervorm) blijft het brandend oppervlak constant, of neemt gedurende enige tijd zelfs toe.

[bewerken] Reactievergelijking

Twee van de vele mogelijke theoretische reactievergelijkingen voor buskruit zijn

10 KNO₃ + 8 C + 3 S → 2 K₂CO₃ + 3 K₂SO₄ + 5 N₂ + 6 CO₂

2 KNO₃ + 3 C + S → K₂S + 3 CO₂ + N₂

De warmte vrijgekomen bij deze explosie is 2860 kJ/kg en de volume vergrotingsfactor is 5100. Inderdaad: links in de reactievergelijkingen staan vaste stoffen, die dus weinig volume innemen. Rechts in de reactievergelijkingen staan gassen, die dus meer volume innemen. Het zijn die gassen die de kogel voortstuwen.

Uit de reactievergelijkingen blijkt ook, in welke verhoudingen de bestanddelen moeten gemengd worden. De eerste reactievergelijking geeft 10 mol salpeter = 1010 g, 8 mol koolstof = 96 g en 3 mol zwavel = 96 g, of een massaverhouding 84:8:8. De tweede reactievergelijking geeft 2 mol salpeter = 202 g, 3 mol koolstof = 36 g en 1 mol zwavel = 32 g, of een massaverhouding 75:13:12.

[bewerken] Geschiedenis

Een Mongoolse bom wordt geworpen tegen een aanval van Japanse Samurai gedurende de Mongoolse invasie van Japan, 1281

Buskruit is het oudst bekende explosieve mengsel. Explosieve mengsels werden al in de 10e eeuw in China gebruikt. De eerste beschrijving van echt buskruit komt voor in de militaire encyclopedie Wu Ching tsung Yao uit ongeveer het midden van de elfde eeuw. In het jaar 1232 werd buskruit gebruikt door de Mongolen bij de belegering van de stad Keifeng. Roger Bacon noemt het in 1248. Het belangrijke en lastig te vinden of te maken ingrediënt salpeter is zeer waarschijnlijk wel aan de Chinezen ontleend. De Arabieren kenden in 1240 het salpeter als 'sneeuw van de Chinezen'. Eeuwenlang is buskruit daarna gebruikt in steeds vernuftiger wordende vuurwapens.

[bewerken] Externe link

• (en) Buskruitfabricage. Oude, maar zeer grondige behandeling van de samenstelling, fabricage, eigenschappen en reacties bij de verbranding van zwart buskruit.

Meer afbeeldingen die bij dit onderwerp horen, zijn te vinden in de categorie Gunpowder van Wikimedia Commons.