Czarny proch, znany także jako proch strzelniczy, to substancja o niezwykle szerokim zakresie zastosowań, od militariów po pirotechnikę. Wykorzystywany był od wieków, nie tylko jako napęd pocisków w broni palnej, ale także w różnorodnych dziedzinach przemysłu. W tym artykule skupimy się jednak na jego roli w pirotechnice, a konkretnie w produkcji fajerwerków. Przedstawimy, czym jest czarny proch, jakie ma właściwości, gdzie znajduje zastosowanie w pirotechnice oraz jak wpływa na efekt, który widzimy na niebie podczas pokazów.

Z czego składa się czarny proch?

Czarny proch to mieszanina trzech głównych składników: azotanu potasu (saletry potasowej), węgla drzewnego oraz siarki. W pirotechnice najczęściej stosuje się proporcje wynoszące 75% azotanu potasu, 15% węgla drzewnego z lekkiego drewna oraz 10% siarki. Te specyficzne proporcje sprawiają, że czarny proch w fajerwerkach idealnie nadaje się do wywołania efektownych eksplozji i spalania, co wpływa na intensywność i tempo reakcji chemicznych.

W przypadku innych zastosowań, takich jak broń palna, proporcje mogą się różnić. Dla przykładu, w broni palnej skład czarnego prochu wynosi zwykle 74,64% saletry potasowej, 13,51% węgla drzewnego i 11,85% siarki (wagowo). Te drobne różnice w składzie wpływają na właściwości prochu, dostosowując go do specyficznych wymagań różnych zastosowań.

Właściwości czarnego prochu

Czarny proch posiada specyficzne właściwości, które czynią go efektywnym materiałem wybuchowym i pirotechnicznym. Jego energia wybuchu wynosi 2,8 MJ/kg, co pozwala na intensywne uwalnianie energii podczas spalania. Zdolność krusząca, określająca siłę wybuchu, to 30 cm³ ołowiu na 10 g prochu. Prędkość deflagracji, czyli szybkość spalania, wynosi 0,4 km/s, a gęstość odpowiadająca prędkości deflagracji to 1,1 g/cm³. Proch jest średnio wrażliwy na uderzenia, co oznacza, że wymaga odpowiedniej siły do zainicjowania wybuchu.

Podczas wybuchu czarnego prochu temperatura dochodzi do 2200°C, co przyczynia się do produkcji dużej objętości gazów – około 280 dm³/kg. Produkty spalania czarnego prochu mogą różnić się w zależności od wielu czynników. Jednak przyjmuje się, że 55,91% stanowią produkty stałe, takie jak węglan potasu, siarczan potasu, siarczek potasu, siarka, azotan potasu, węgiel oraz węglan amonu. 42,98% to produkty gazowe, w tym dwutlenek węgla, azot, tlenek węgla, siarkowodór, wodór i metan, a 1,11% stanowi woda.

Uproszczony zapis reakcji spalania czarnego prochu:

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

Ze względu na różnorodność węgla drzewnego używanego w produkcji czarnego prochu, nie jest możliwe dokładne ustalenie równania reakcji spalania. Dokładny skład węgla zależy od takich czynników jak gatunek drewna, czas i temperatura wypalania. Najmocniejszy proch uzyskuje się z węgla drzewnego zmielonego na pył. Warto również wiedzieć, że najlepszym gatunkiem drewna do jego produkcji jest szakłak, choć często stosuje się również balsę czy wierzbę.

Czy w fajerwerkach używa się czarnego prochu?

Czarny proch jest powszechnie stosowany w fajerwerkach. Wykorzystuje się go w różnych rodzajach pirotechniki, począwszy od małych petard, aż po duże wyrzutnie. Czarny proch pełni kluczową rolę jako materiał wybuchowy, który napędza fajerwerki, umożliwiając ich wznoszenie się oraz rozpraszanie efektów świetlnych na niebie.

Zastosowanie czarnego prochu w pirotechnice

Czarny proch od wieków pełni istotną rolę w pirotechnice, zarówno w zastosowaniach komercyjnych, jak i amatorskich. Jest on podstawowym materiałem wybuchowym wykorzystywanym do napędzania fajerwerków i wywoływania efektów wizualnych. Najczęściej jest stosowany w:

  1. Petardy: W petardach czarny proch jest głównym materiałem wybuchowym odpowiedzialnym za eksplozję, która generuje hałas. Detonacja jest wynikiem gwałtownej reakcji spalania prochu, co tworzy charakterystyczny efekt dźwiękowy.
  2. Rakiety i wyrzutnie: Czarny proch jest używany jako paliwo napędowe w rakietach i wyrzutniach pirotechnicznych. Jego spalanie wytwarza dużą ilość gazów, które pozwalają fajerwerkowi wznieść się na odpowiednią wysokość, zanim nastąpi eksplozja ładunku. Jeśli lubisz oglądać pokazy fajerwerków, na pewno znasz ten charakterystyczny zapach w powietrzu – to właśnie czarny proch.
  3. Ładunki zapłonowe: W wielu fajerwerkach czarny proch działa jako materiał inicjujący, który zapala inne mieszanki pirotechniczne odpowiedzialne za efekty świetlne, takie jak iskry, kolory czy dym.
  4. Korpusy bomb pirotechnicznych: W dużych bombach pirotechnicznych (stosowanych na przykład podczas profesjonalnych pokazów fajerwerków) czarny proch jest umieszczany w rdzeniu. Pełni on funkcję zarówno napędu, jak i detonatora, powodując eksplozję bomb i rozpraszanie elementów świecących na dużą skalę.

Jeśli interesują Cię składy chemiczne fajerwerków, zobacz nasz inny artykuł: Składy materiałów pirotechnicznych