黒色火薬
黒色火薬（こくしょくかやく 英: black powder）は、可燃物としての木炭と硫黄、酸化剤としての硝酸カリウム（硝石）の混合物からなる火薬の一種である[1][2]。この3成分の配合比率は品種によって異なり、硫黄を含まない2成分黒色火薬もある。反応時にはかなり大量の火薬滓と白煙を発生させる。
歴史
編集- 火薬の中では最も古い歴史を持っており、中国で7世紀前半に発明されたといわれている。四大発明（紙、印刷術、火薬、羅針盤）の一つである。いずれもルネサンス期ごろまでにヨーロッパに伝えられ、実用化された[3]。黒色火薬は不老不死の神仙になるための丹薬製造(錬丹術)の過程で偶然発見された。唐代の医者孫思邈には、「千金要方」「千金翼方」という医学書のほかに「丹経」という丹薬に関する著書がある。このなかの「伏火硫黄法」は黒色火薬と同じ原料が使われており手順を誤ると爆発してしまう。これが火薬の発明につながったと推定される。中国で発明された火薬はイスラム圏を通じてヨーロッパに伝わりヨーロッパ社会を大きく変えてゆく[4][5]。
- 中国で黒色火薬が発明されたのは、中国で黒色火薬の成分の一つである硝酸カリウムが産出されるためであり、天然硝酸カリウムは世界中でも限られた地域にしか存在しない[6]。
- 1045年には軍用としての黒色火薬類似の配合組成の記述が中国の北宋政府編集の「武経総要」に現れている。この書には、火毬用火薬、蒺藜火毬用火薬および毒薬煙毬用火薬などの配合組成が記されている。これらは発射薬としてではなくて炸薬として用いられた[5]。
- 1242年には「驚異博士」とよばれたイギリスの僧侶であり哲学者、科学者のロジャー・ベーコンによって黒色火薬の組成が記録(Desecretis及びOpus Tertium)された。この黒色火薬の組成は現在まで続いている[7]。
- 14世紀中期には鉄砲の装薬として使用されるようになる。
- 1543年(天文12年)に種子島に1隻の中国船が漂着し、乗り合わせていたポルトガル人が鉄砲をもっていた。島主の種子島時堯は大金を積んで2挺の鉄砲を譲り受けた。時堯自身その使用法を学び、さらに小姓篠川小四郎に命じて火薬の製法を学ばせ、八板金兵衛清定(清貞とも)に鉄砲を研究させた。篠川小四郎は、ポルトガル人より「搗篩・和合の法」とよばれる黒色火薬の製造法と、その原料が硝石、硫黄および木炭であることを習った。彼はその努力によって、ポルトガル人がもたらした火薬よりさらに強力な発射薬としての黒色火薬をつくることに成功した[5]。
- 1627年にはスロヴァキアのバンスカー・シュチャヴニツァ鉱山で初めての発破が行われた。
- 反応は燃焼よりも爆轟であるため、性状は火薬というより爆薬に近く、燃焼ガスの圧力で弾を圧し出す火器の装薬には余り向いていない。このため改良品として、燃焼反応速度を緩和させた褐色火薬が発明されている。
- 19世紀末には無煙火薬の発明により軍事用途ではあまり使用されなくなっている。
- 日本では20世紀中盤以降は専ら花火の装薬や、消防士や消防団員が用いる信号拳銃（索投銃）、あるいは火縄銃の実演射撃に用いられる程度となっており、銃器用途での使用は極度に減少している。朝日新聞（1988年3月15日付朝刊）が日本の警察の捜査資料を通じて報じたところでは、赤報隊事件が発生した1980年代末の時点で全国の猟銃所持者約20万人のうち、火縄銃や村田銃を用いているとみられる猟用黒色火薬購入者は、全国でも約300人（0.15%程度）にまで減少していた。
種類
編集標準的な比率(化学量論的組成比)は質量比で硝酸カリウム：硫黄：木炭＝75：10：15。
| 種類 | 硝酸カリウム(%) | 硫黄(%) | 木炭(%) | 粒の直径・性状 | 用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| 黒色粉火薬 | 58 - 70 | 16 - 26 | 10 - 20 | 0.1mm以下、微粉末状 | 導火線 |
| 黒色鉱山火薬 | 65 - 70 | 10 - 20 | 10 - 20 | 3 - 7mmの球状、黒鉛光沢 | 砕石 |
| 狩猟用黒色火薬 | 73 - 79 | 8 - 12 | 10 - 17 | 0.4 - 1.2mm以下、黒鉛光沢 | 狩猟 |
| 黒色小粒火薬 | 73 - 79 | 8 - 12 | 10 - 17 | 0.4 - 1.2mm以下、黒鉛光沢なし | 煙火 |
性質
編集外観は黒い粉末であり、化学的に安定で自然分解の心配がなく、また吸湿性もないので永年の貯蔵に耐える[9][注釈 1]。
なお、玩具用花火に使用されている火薬は硝酸カリウムの代わりに過塩素酸カリウムが使われているものが多く、過塩素酸カリウムは吸湿性が高いため、湿度の高い環境下で保管すると花火は湿気を吸収してしまう。また硝酸カリウムの代わりに硝酸ナトリウム（チリ硝石）を使用した場合も同様であるが[6]、厳密には硝酸カリウム以外の酸化剤を使用したものは黒色火薬には分類されない。
黒色火薬に含まれている硫黄は着火温度を下げ、炎を大きくし、ガス発生量を増す作用があるが、特に反応の途中で生成される硫化水素や酸化窒素の触媒効果によって、有害な一酸化炭素や青酸ガスの生成をおさえる作用がある[6][10]。
炎に対して敏感で、衝撃や摩擦、静電気、火花に対しても敏感である。燃焼速度は混合比や粒の大きさなどの条件によって大きく異なり5cm/s - 400cm/sまでと幅広く、爆発熱は約3MJ/kg(700 - 750kcal/kg)。
黒色火薬の燃焼は以下の反応で行われると推定されている[11]。
爆発すると、固体物質が約55%、気体が約45%、発生する[6]。
よく「硝煙の臭い」などと表現される臭いは硫化カリウムが空気と反応して出来た硫化水素などのイオウ化合物の臭いである[11]。このため、黒色火薬時代の大砲などの砲煙を吸い込むと中毒症状が出ることが多かった。なお、黒色火薬の黒色とは、木炭を混ぜたパウダーの色に由来するもので反応煙の色ではない。爆発時に黒煙は出さず、実際の煙は白色である。
製法
編集- 材料の例
- 硝酸カリウム 純度99.5%以上、塩化物0.03%以下、水分0.2%以下
- 硫黄 純度99.5%以上
- 木炭 やわらかくて灰分の少ない物
- 製造手順の例
- 木炭を乳鉢(すり鉢)ですり潰す。
- 硫黄を加えて混合する。
- 木炭と硫黄の混合物を内側が皮張りの容器に移して硝酸カリウムを加える。この時に水分を加えて水分量が4.5 - 6.5%になるようにする。
- 樫の木の棒でよくすり潰す。これによって密度が大きく、燃焼性が均一になり薬勢がよくなる。
- 火薬を綿布で包んで鉄板で挟み60 - 120Kgf/cm2で圧搾して比重を高める。
- 所望の粒度になるように破砕する。この時に水分が所定量以下にならないように注意する。
- 60度以下の温風で水分が1%以下になるまでゆっくりと乾燥させる。
脚注
編集注釈
編集- ^ 吸湿性がなく自然分解を起こさないことから、自然分解に対する抵抗性を調べる安定度試験（法令では遊離酸試験、耐熱試験、加熱試験）が不要となる。また黒色火薬は湿気に弱いという一般的な誤解があることから、国家資格である火薬類取扱保安責任者試験では黒色火薬の吸湿性の有無について出題されることがある（平成16、27、29年度試験）。
出典
編集- ^ 日本国防衛省. “防衛省規格 弾薬用語”. 2017年11月24日閲覧。
- ^ カヤク・ジャパン株式会社. “黒色火薬”. 2017年11月24日閲覧。
- ^ 『精選版 日本国語辞典』小学館。
- ^ 「中国科学」『日本大百科全書』小学館。
- ^ a b c 「火薬」『日本大百科全書』小学館。
- ^ a b c d 『新編火薬学概論』産業図書株式会社、2014年4月10日。
- ^ 「黒色火薬」『日本大百科全書』小学館。
- ^ VOYAGE MARKETING, Inc.. “黒色火薬とは - コトバンク”. 2021年10月13日閲覧。
- ^ 『一般火薬学』日本火薬工業会、平成3年4月1日、24頁。
- ^ 『火薬工学』森北出版株式会社、2001年7月20日。
- ^ a b 瀧本真徳、硫黄と私たちの生活(身近な元素の世界) 化学と教育 2014年 62巻 1号 p.30-33, doi:10.20665/kakyoshi.62.1_30