La pólvora

 

    La pólvora ha sido el primer explosivo inventado por el hombre. Fue inventado en China sobre el siglo IX, durante la dinastía Tang (618-907), y es uno de los 4 grandes inventos de China. Aunque generalmente se acredita su invención en el siglo IX, se han encontrado documentos del año 142, donde Wei Boyang, el considerado padre de la alquimia (aunque realmente no es seguro que fuera alguien real), describe unas substancias con unas propiedades muy similares a las de la pólvora. Sea como sea, los primeros documentos fiables sobre el uso y las propiedades de la pólvora datan de los últimos años de la dinastía Tang. Un par de siglos más tarde, sobre 1044 se tiene el primer registro de su fórmula:

    La pólvora a la que se hace mención en estos primeros documentos, y que vino siendo usada durante varios siglos, es la llamada pólvora negra. Se trata de un explosivo poco potente, ya que reacciona con relativa lentitud. De hecho, al estallar produce lo que se conoce como una deflagración, es decir, una explosión con velocidad inferior a la del sonido. Durante los siglos XII y XIII, el uso de la pólvora se extendió rápidamente por el resto de Asia y por Europa, fundamentalmente debido a su uso en armas. Inicialmente esas armas eran bombas, flechas incendiarias, o lanzas de fuego, que a partir del siglo XIII dieron origen a las primeras pistolas.

    La pólvora negra se ha usado, además de en armamento, en fuegos artificiales, como explosivo en minería, construcción, etc. Sin embargo su principal problema es que producía gran cantidad de residuos, mucho humo, y era poco efectiva para algunas aplicaciones por su bajo poder explosivo. Cuando en el siglo XIX se inventó la pólvora sin humo, sustituyó en gran cantidad de aplicaciones a la pólvora negra. En la actualidad su uso ha quedado restringido prácticamente en exclusiva a los fuegos artificiales.

    ¿En qué consiste entonces la pólvora negra? Se trata de una mezcla de tres componentes: 

• Salitre: es decir, fundamentalmente nitrato de potasio, KNO₃, aunque a veces puede contener algo de nitrato de sodio. Actúa como oxidante y es del orden del 75% del peso total.
• Carbón: en forma de carbón vegetal, se trata de una celulosa fuertemente degradada, con una fórmula empírica del tipo C₇H₄O. Su función es actuar de combustible, y supone aproximadamente el 15% del peso.
• Azufre: al igual que el carbón, también actúa como combustible, aunque su papel es un poco más complejo, ya que se usa para elevar la temperatura de la mezcla, al desprender calor según reacciona, especialmente desde baja temperatura. Esto hace que se desprenda más energía durante la explosión y que además ésta ocurra a temperaturas inferiores. Se añade en un porcentaje del 10% en peso.

    Si observamos la composición de la pólvora, vemos que hay dos combustibles y una fuente de oxígeno. El hecho de que el oxígeno pueda provenir del salitre, que se descompone a alta temperatura y libera oxígeno, hace que no sea necesaria una buena aireación para hacer estallar la pólvora. Pero esto también hace que la pólvora encendida no se pueda apagar por sofocación.

    Cuando estalla la pólvora se producen una serie de reacciones que no es sencillo de describir. Aunque de forma general, la reacción global que se daría podemos resumirla en:

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

A la vista de la ecuación podemos ver que la combustión de la pólvora genera una buena cantidad de residuos sólidos (como un 60% del peso de pólvora inicial) que serían el carbonato y el sulfato de potasio resultantes. Esos sólidos, impulsados por los gases que se producen en la combustión (dióxido de carbono y nitrógeno) serían los responsables de las elevadas cantidades de humo que se producen (recordemos que el humo son partículas sólidas de pequeño tamaño suspendidas en un gas).

    La formulación de las pólvoras sin humo que se comentaron más arriba se han diseñado de forma que tras la explosión la fracción de sólido que se produzca sea mínima. Para ello se basan en la descomposición de nitroglicerina, nitrocelulosa, etc, que finalmente producirían gases como agua (a la temperatura de la explosión), dióxido de carbono, nitrógeno, etc.