Schwarzpulver

Schwarzpulver – Chemie

Schwarzpulver, auch bekannt als Büchsenpulver oder Schießpulver, war der erste Explosivstoff als Treibladung für Schusswaffen. In den folgenden Abschnitten wirst du lernen, aus welchen chemischen Bestandteilen sich Schwarzpulver zusammensetzt und welche Rolle diese spielen. Außerdem wirst du etwas über die Geschichte des Schwarzpulvers erfahren und wo der Werkstoff heute noch Verwendung findet.

Chemische Zusammensetzung und Herstellung von Schwarzpulver

Schwarzpulver ist ein Stoffgemisch, welches sich wie folgt zusammensetzt:

• 75 Prozent Salpeter
• 15 Prozent Schwefel
• 10 Prozent Holzkohle

Hinter dem Begriff Salpeter können sich jedoch zwei verschiedene Stoffe verbergen. Zum einen Kalisalpeter, also Kaliumnitrat ($\ce{KNO3}$), oder Chilesalpeter, also Natriumnitrat ($\ce{NaNO3}$). Im Gegensatz zu Kaliumnitrat ist Natriumnitrat günstiger in der Herstellung, es zieht jedoch Wasser an. Diese Eigenschaft wird hygroskopisch genannt. Daher ist Natriumnitrat als Explosivstoff weniger für Waffen geeignet und wird vornehmlich im Bergbau verwendet. Die eigentliche Bezeichnung für Schwarzpulver, das Natriumnitrat enthält, lautet daher Sprengsalpeter. Im Schwarzpulver dient Holzkohle als Brennstoff und Schwefel als Brenn- und Zündstoff.

Seit dem Mittelalter erfolgt die Herstellung von Schwarzpulver in sogenannten Pulvermühlen. Hier werden die einzelnen Bestandteile fein zermahlen und gleichmäßig vermischt. Anschließend wird das Gemisch feucht gepresst und wieder getrocknet. Dieser Vorgang erfolgt mehrfach. Danach werden, je nach Verwendung, verschiedene Korngrößen hergestellt. Dabei darf das Gemisch nicht geschlagen oder gestoßen werden, da es sonst explodieren könnte. Wie die chemische Reaktion aussieht, werden wir uns nun einmal genauer anschauen.

Schwarzpulver – chemische Reaktion

Bei der chemischen Reaktion wirkt Kaliumnitrat als Oxidationsmittel, es dient also als Sauerstofflieferant und oxidiert die Reaktionspartner Schwefel und Kohlenstoff. Dabei entstehen Kaliumcarbonat ($\ce{K2CO3}$), Kaliumsulfit ($\ce{K2SO3}$), Stickstoff ($\ce{N2}$) und das giftige Gas Kohlenstoffmonoxid ($\ce{CO}$). Bei der Reaktion handelt es sich um eine unvollständige Verbrennung. Die unten stehende Reaktionsgleichung ist vereinfacht. Die Stoffmengenverhältnisse hängen von der prozentualen Zusammensetzung des Schwarzpulvers ab. Außerdem wurden bei dieser Reaktionsgleichung die Restfeuchtigkeit sowie der Sauerstoff-, Wasserstoff- und Ascheanteil in der Holzkohle vernachlässigt.

$\ce{16 C + 4S + 10 KNO3 -> 15 CO + K2CO3 + 4 K2SO3 + 5 N2}$

Schwarzpulver hat eine Dichte von $\pu{1,2}$ bis $\pu{1,5 g//cm3}$ und verbrennt sehr schnell, weshalb man von einer Verpuffung (Deflagration) spricht. Dabei entsteht eine Temperatur von etwa 2 000 °C. Die Zündtemperatur von Schwarzpulver ist sehr niedrig und liegt bei etwa 170 °C. Wo Schwarzpulver heute noch eingesetzt wird, werden wir uns im nächsten Abschnitt genauer ansehen.

Frühere und heutige Verwendung von Schwarzpulver

Früher hatte Schwarzpulver für Feuerwaffen eine große Bedeutung, sowohl für Handfeuerwaffen als auch Kanonen. Seit etwa 1850 hat das Schwarzpulver seine militärische Bedeutung verloren, da rauchschwächeres Schießpulver auf Basis von Nitrozellulose verwendet wurde. Heute wird Schwarzpulver in der Pyrotechnik, also bei Feuerwerken, eingesetzt. Es dient in „Böllern“ als Ladung und in Feuerwerksraketen als Antriebsmittel. Anstelle von Kalisalpeter können auch andere Nitrate verwendet werden, deren Kationen eine andere Flammenfärbung erzeugen. So erzeugt beispielsweise Kupfernitrat ($\ce{Cu(NO3)2}$) eine blaue Flammenfarbe.

Zudem wird es im Steinbruch als schonender Sprengstoff benutzt. So bleiben im Marmor- und Granitsteinbruch große Stücke erhalten, die im Ganzen abtransportiert und weiterverarbeitet werden können. Im Schießsport wird Schwarzpulver in Disziplinen des Vorderlader- und Westernschießens oder zum Salutschießen verwendet. Aber seit wann kennt man Schwarzpulver eigentlich und wo wurde es entdeckt?

Die Geschichte des Schwarzpulvers

Heute ist relativ sicher, dass ein dem Schwarzpulver ähnliches Gemisch bereits im siebten Jahrhundert als Griechisches Feuer bekannt war und bei der Verteidigung von Byzanz eine zentrale Rolle spielte, da es sogar auf Wasser brannte. Im Chinesischen Reich wurden salpeterhaltige Brandsätze erstmals um 1044 n. Chr. erwähnt, wobei die jüngste Abschrift des Buchs aus der Ming-Zeit um 1550 n. Chr. stammt. Das Schwarzpulver gilt als eine Erfindung des Mönchs Berthold Schwarz aus Freiburg. Der Legende nach entdeckte er im 14. Jahrhundert zufällig die treibende Wirkung von Schwarzpulver auf Geschosse. Heute geht man jedoch davon aus, dass der Name Schwarzpulver nicht auf Berthold Schwarz zurückgeht, sondern auf das Aussehen des Stoffgemischs zurückzuführen ist.

Schwarzpulver – Gesetzeslage

Die private Herstellung von Schwarzpulver ist nach deutschem Recht verboten. Vor dem Umgang mit Schwarzpulver muss eine entsprechende Erlaubnis durch einen Lehrgang und eine Prüfung erworben werden, da Schwarzpulver dem Sprengstoffgesetz unterliegt.

In diesem Video über Schwarzpulver

Das Video gibt dir einen Überblick über das Thema Schwarzpulver, seine Zusammensetzung und Herstellung sowie die Anwendungen des pyrotechnischen Werkstoffs.

Wie immer findest du dazu auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne gleich mit den Übungen, um dein Wissen über Schwarzpulver zu testen.