Esencialmente, la principal diferencia entre el polvo negro y la pólvora sin humo es que necesita casi cero componentes incombustibles . El problema clave con el polvo negro era que producía una nube de humo, no solo a partir de carbono no quemado, sino también, inevitablemente, a partir de cenizas , las sales formadas por cualquier anión que se adhiriera a los cationes de sodio o potasio presentes en los nitratos en negro. polvos La ceniza de polvo negro contiene una alta proporción de sulfatos y carbonatos de potasio o sodio, y debido a que el componente de salitre inorgánico era aproximadamente 2/3 del peso total del polvo negro, tenía mucha ceniza.
El polvo sin humo moderno también debe tener un par de propiedades que lo hacen útil durante largos períodos de tiempo:
- Debe ser relativamente inerte : no desea una sustancia como la nitroglicerina pura que sea sensible a los golpes. Esa propiedad es para el cebador (más sobre eso a continuación) y es una muy mala idea para el propulsor en sí.
- Debe permanecer relativamente inerte : las primeras pólvoras sin humo tenían componentes volátiles como el alcanfor que se evaporarían después de unos años, dejando una sustancia considerablemente menos estable. Otros tenían componentes volátiles que se descompondrían con el tiempo y provocarían explosiones espontáneas. Dos acorazados franceses descubrieron esto por las malas.
- En algún momento durante el proceso de producción, debe ser plástico : debe poder formar el propulsor en una forma útil para colocarlo en un cartucho. En realidad, esto no significa que deba resultar en una sustancia que se parezca a una masilla, solo significa que debe ser capaz de adaptarse a un molde. Los polvos reales servirán.
- Debe ser explosivo, pero no demasiado explosivo : una velocidad de gas demasiado alta y se obtiene un explosivo alto, donde el frente de la llama excede la velocidad del sonido y la tensión en el cañón de su arma es muy alta. Nadie quiere que su arma explote en sus caras.
Tenga en cuenta aquí que estoy haciendo una distinción entre el polvo sin humo, que es el propelente , y el dispositivo que enciende el propelente, la imprimación . En el momento de la invención de los polvos sin humo, las imprimaciones en polvo negro y pistolas de polvo sin humo eran tapas de percusión basadas en sustancias explosivas sensibles a los golpes como el fulminato de mercurio, el clorato de potasio o algunos otros. El trabajo de la imprimación es encender el propelente, ya sea polvo negro o polvo sin humo.
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Formulando el núcleo del propelente
Para formular una sustancia en polvo sin humo, necesitamos descubrir qué composiciones químicas proporcionarán las propiedades que necesitamos. Estamos buscando una sustancia explosiva que produzca mucho gas, sin sólidos, y que sea auto oxidante o tenga un agente oxidante no volátil agregado externamente. El último es bastante difícil, por lo que debemos decidirnos por las sustancias que reaccionan por sí mismas. Los primeros de estos fueron nitropropelentes, a saber, nitroglicerina, nitrocelulosa (guncotton) y nitroguanidina. Cada uno de ellos reacciona para formar gases más o menos hasta su finalización. Por ejemplo, la nitroglicerina se descompone espontáneamente de acuerdo con la ecuación:
[matemáticas] 4 C_3H_5 (NO_3) _3 \ Rightarrow [/ matemáticas]
[matemáticas] 12 CO_2 + 10 H_2O + 6 N_2 + 6 O_2 [/ matemáticas]
No todos son perfectos de ninguna manera; Por ejemplo, la nitrocelulosa contiene menos oxidantes de los necesarios para asegurar una combustión completa, y la adición de moderadores de combustión (ver más abajo) también puede cambiar las cosas.
De las tres bases iniciales en polvo sin humo desarrolladas, la nitroglicerina era tanto la más poderosa como la menos estable. La adición de otros agentes más moderados en el propelente disminuyó la potencia por unidad de masa y aumentó su idoneidad para el uso al disminuir la velocidad del gas. Esto dio como resultado la clase de propulsores dibásicos , que generalmente incluyen nitroglicerina y una sustancia de combustión más moderada. Por ejemplo, la cordita y la balistita usaban nitroglicerina y guncotton. Para aumentar la seguridad, las formulaciones posteriores de ambos polvos utilizaron proporciones crecientes de guncotton en lugar de nitroglicerina para mejorar las características de disparo, a pesar de que los propulsores se volvieron menos potentes en función del peso. Si ha estado siguiendo de cerca, también se dará cuenta de que la combinación de bases, algunas de las cuales produjeron un exceso de oxidantes y otras deficientes cuando se quemaron espontáneamente, también promovería una combustión más completa y menos cenizas.
Más tarde, la nitroglicerina se eliminó por completo como demasiado peligrosa, y las formulaciones más modernas usan las bases clásicas más estables en combinación con componentes modernos altamente explosivos como RDX. Además, la mayoría de los polvos modernos avanzados son de base triple , lo que permite un ajuste mucho más preciso del rendimiento.
La estabilidad se ha incrementado por una serie de innovaciones químicas a lo largo de los años. Al principio, las moléculas de eliminación del producto de descomposición se usaron para evitar que la nitroglicerina explotara espontáneamente. Por ejemplo, Ballistite usó alcanfor, que cuando se expone al ácido nítrico (un producto de descomposición reactiva de nitroglicerina) se oxida al ácido alcanforico relativamente no reactivo e inerte. Cordite utiliza vaselina. Las formulaciones más modernas usan antioxidantes como la difenilamina.
La estabilidad en la cocción también se logra mediante el uso de moderadores de combustión para el propulsor. En los tiempos modernos, estos incluyen sustancias de combustión más lenta como el dinitrotolueno.
Los polvos sin humo de hoy en día también incluyen sustancias para hacer cosas deseables, como aumentar la seguridad al cargar a mano y reducir el destello del hocico. Por ejemplo, muchos polvos modernos recubren sus partículas de polvo en polvo con grafito para disminuir el riesgo de combustión espontánea, y las sales inorgánicas a menudo se incluyen en pequeñas cantidades como compuestos de disipador de calor que disminuyen la temperatura de salida del gas y, por lo tanto, reducen el destello del calor radiante. La desventaja de incluir sales, como mencioné antes, es humo o cenizas, el mismo problema que con el polvo negro. Por esa razón, generalmente no se incluye en concentraciones superiores al 2% más o menos.
Todo esto da como resultado algo que es relativamente inerte , en el sentido de que si lo deja caer, no explotará y no es demasiado explosivo, en el sentido de que no estirará demasiado el cañón de la pistola y hará que se dispare en su cara.
Haciéndolo como un plástico
Esto no es realmente muy difícil. Hacer una sustancia explosiva plástica generalmente implica simplemente agregar un plastificante, que generalmente tiene todas las propiedades de un buen solvente, excepto que se agrega en una cantidad mucho menor. Mientras que en los termoplásticos de consumo a menudo es deseable una baja volatilidad porque no queremos que nuestros juguetes McDonald’s suden químicos y se vuelvan frágiles, en las aplicaciones de propulsores de armas de fuego la volatilidad es deseable porque una vez que hemos formado la forma que queremos para el polvo, ya no tenemos quiere o necesita la sustancia plastificante.
Una vez plastificado, podemos convertirlo en polvo con todos los materiales unidos, podemos darle forma de carga propulsora, e incluso podemos extruirlo en pequeñas formas parecidas a un cordón como este Cordite: 
Fuente: Cordite, compartido a través de CC-SA
Los solventes comunes utilizados para este propósito incluyen acetona, éter dietílico y acetato de etilo.
Qué no hacer
La característica restante que estamos buscando es principalmente proscriptiva (es decir, algo que no se debe hacer) que prescriptiva. Básicamente, no queremos algo que se vuelva muy peligroso de manejar más adelante.
Aquí hay algunos ejemplos de lo que no se debe hacer:
- Al principio, la balistita utilizaba el alcanfor como antioxidante y como moderador de la combustión. Sin embargo, el problema con el alcanfor es que es volátil y se evapora. Sin el alcanfor como compuesto antioxidante, la vieja balistita quedó sujeta a la combustión espontánea.
- Una formulación aún más temprana, el poudre B francés, ni siquiera se molestó con el alcanfor que se evaporaba lentamente y en su lugar se basó en éter dietílico y etanol, que son volátiles y se evaporan con relativa rapidez. Esto dio lugar a algunas tragedias horribles, como la pérdida del acorazado francés Iéna.
- Los polvos baratos fabricados con guncotton a menudo contienen una concentración relativamente alta de residuos de ácido nítrico del proceso de fabricación de nitrocelulosa. Los mejores fabricantes de polvo lavarán minuciosamente su nitrocelulosa para eliminar el ácido residual, pero a lo largo del siglo XX la gente cortó muchos rincones. El ácido nítrico residual no hace que el polvo sea inestable en sí mismo, pero sí significa que el polvo es lo suficientemente ácido como para corroer las cajas de latón. Esta es la razón por la cual una gran cantidad de municiones soviéticas sobrantes es peligrosa, mientras que, en contraste, las municiones suizas excedentes, por ejemplo, a menudo siguen siendo de muy alta calidad muchas décadas después de la fabricación.
Como antecedentes, hace aproximadamente dos años, ¡enseñé una clase llamada “química de la vieja escuela” como parte del Columbia University Splash! programa dirigido por el Programa de Estudios Educativos (ESP) de los estudiantes de esa escuela para estudiantes de secundaria. En resumen, exploró la cuestión de cómo, si se deja caer en el año 1000 dC y se le da una cantidad razonable de recursos, podría reconstruir algunos inventos modernos como antibióticos, polvo sin humo y refrigeración. Anteriormente fui profesor en la versión de mi alma mater de este programa, y no estoy afiliado a Columbia. Extraigo esta respuesta principalmente de mi investigación para el curso, que se dio en abril de 2013.
Finalmente, tengo que terminar esta respuesta diciendo que no soy un entusiasta de las armas de fuego, y de hecho no tengo ninguna arma de fuego. Esta respuesta es simplemente el resultado de una combinación de piromanía teórica y un deseo ardiente de más conocimiento, combinado con la excusa perfecta (¡porque piensen en los niños!).
