火药

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無煙火薬

火藥又被稱為黑火藥,是一種早期的炸藥,直到17世纪中叶都是唯一的化学爆炸物。火药一般由硫磺木炭硝石硝酸鉀)混合而成,其中硫磺和木炭是作为燃料,而硝石是作为氧化剂[1]由于火药的燃烧特性和能大量产生气体和热量,火药被广泛用作枪械中的发射药烟花中的烟火药英语pyrotechnic composition

学术界一般认为火药发明于7世纪的中国,是中国术士为炼制长生不老药英语Elixir of life而得到的副产品。[2]早在唐代的《太上圣祖金丹秘诀》里,就有了早期火药配方的书面记载。[3][4]火药的发现导致了烟花的发明和早期火药武器在中国出现。随后火药武器也陆续在阿拉伯欧洲印度出现。一般认为欧洲的火药技术是由阿拉伯人传播过去的。[5]西方最早的有关火药的书面记录是由英国哲学家罗吉尔·培根于13世纪记录。[6]

黑火药被归类于低爆炸性炸药,因为其较低的分解率导致了低爆炸威力。現在雖然已經被無煙火藥三硝基甲苯等高爆炸力炸藥取代,但是現在還有生產以作为煙火鞭炮、模型火箭以及仿古的前膛上彈槍枝的發射藥使用。

說明[编辑]

黑火藥是用硫磺粉和木炭粉(供碳)以及硝酸鉀(供氧)按照化學計量“一硝二磺三木炭”的比例(質量硝酸鉀75%、硫磺10%、木炭15%)混合製成。 最佳比例應為硝酸鉀74.64%,硫磺11.85%,木炭13.51%(質量比)。不過上述的75:10:15比例仍是現在的工業生產標準比例。

黑火藥反應式:2KNO3 + S + 3C → K2S + N2 + 3CO2

產生大量的白色氣體,在封閉空間中可推進要發射的物體。

黑火藥無論在封閉或是開放空間內只要絲毫的引燃均會爆炸。現代槍彈內的無煙火藥不具爆炸性,在開放的空間內引燃不會爆炸僅只快速燃燒,無煙火藥不屬於炸藥。雖然黑火藥的威力不及現代的炸藥,仍然屬於爆炸性物品,美國交通局則因為其易燃性而列為A級高爆炸品。爆竹的製造工廠發生大爆炸的機率並不少,尤其在亞洲地區,由於具有習俗方面的需求而導致違法或非法的爆竹工廠產生[7][8]。含有黑火藥的完成品如煙火及模型火箭等,則被列作C級危險度,因為爆竹進入成品包裝之下,黑火藥需要更強大的熱源才會起火爆炸

歷史[编辑]

炼丹家的原始火药[编辑]

南北朝[编辑]

东晋葛洪在《抱朴子》中记载用硝石、武当山雄黄、松脂和猪大肠脂肪混合制成白如冰的丹药,“服之皆令长生,百病除””[9]

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唐初医学家孙思邈(581—682)在《丹经内伏硫磺法》中记载硝石硫磺和炭化皂角子混合后用火点燃后能猛烈燃烧。

8世纪时中国炼丹家发明以硝石硫黄木炭为主要原料的“伏火硫黄法”:硫黄硝石各二两,研末,放在沙罐中,再将沙罐放在地坑中,四面填土,与地平,将三个皂角子,燃烧存性,用钳子逐个放入沙罐中,等到火灭之后,在罐口加木炭三斤,煅烧,到炭消三分之一,去余火,冷收之。用伏火法煅烧出来的物质,虽然还不是火药,但已经开始将硝石,硫黄,和木炭一同煅烧了”[10]

元和三年(808年)炼丹家清虚撰的《太上圣祖金丹秘诀》记载了“伏火矾法”:以硫黄二两硝石二两,马兜铃三两半,研末,拌匀,入罐,放入地坑中与地平,将弹子大小的烧红的木炭,放入罐内,烟起,用湿纸四五重覆盖,再用两块砖压上,用土掩埋”。伏火矾法比伏火硫黄法前进了一大步,伏火硫黄法的硝石硫黄混合物,因没有碳素,燃烧过程容易被融化的硫黄中断,为了补救,放入皂角子,使燃烧继续进行。伏火矾法则将硝石,硫黄,含碳的马兜铃一同混合,成为原始火药”[4]

成书于9世纪中叶至五代的《真元妙道要略》(一说郑思远所著)记载:“有以硫磺、雄黄合硝石并蜜烧之,焰起,烧手面及烬屋舍者”[11][12]

炼丹家对硝石硫黄化学性质的研究[编辑]

魏晋南北朝《三十六水法》记载32个包含硝石的丹方。《周易参同契》记载硫黄和水银的化合实验。陶弘景《本草经集注》首创用火焰的颜色辨别硝石的方法:“强烧之,紫青烟起,云是真消石也”[13]

火药的发明[编辑]

十世纪五代时期的敦煌(时属归义军)壁画,目前所知最早的关于火枪手榴弹(右上方)的描绘。[14]世界上最早的金属火统出土于中国黑龙江,制作年代为1288年,现藏黑龙江省博物馆。[15][16]

火藥是中國古代四大發明之一。英国一位傳教士麦都思指出:“中国人的发明天才,很早就表现在多方面。中国人的四大發明(造紙術指南針、火藥、印刷術),对欧洲文明的发展,提供异乎寻常的推动力”[17]。”。恩格斯在1857年发表的《炮兵》中写道:“在中国,还在很早的时期就用硝石和其他引火剂混合制成了烟火药,并把它使用在军事上和盛大典礼中”[18]

硝石是火药的关键构成之一,火药配方最早在公元9世纪晚唐时期的炼丹书籍中就有记载。[19] [20][21][4]

公元904年,楊行密軍圍攻豫章(今江西南昌),部將鄭璠命所部“發機飛火,燒龍沙門,率壯士突火先登入城,焦灼被體”,这是火药最早使用于军事记载,最早的火药武器则出现在五代时期的敦煌壁画。[22]

影响[编辑]

北宋《太平玉览》引《范子叶然》的记载,春秋时代有一位范子然说“硝石出陇道”[23]。南朝梁陶弘景名医别录》记载“扑硝生益州,……色青白者佳”,“硝石生益州及武都,陇西,西羗”,“硝石,味辛,大寒无毒,主治十二经中百二十疾。天地至神之物”。唐苏敬等编《新修本草》记载“朴硝今出益州北部汶山郡,生山崖上,色青白,亦杂黑斑”。东汉《神农本草经》记载“消石,味苦寒,主五脏积热,胃涨闭,涤去蓄结饮食,推陈致新,除邪气”[24]。 北宋《武经总要》的三种火药方含硝量50%、48.5%、38.5%,均低于基本的黑火药含硝量(75%)。[25][26]此外,在金人统治下的西安附近曾出土了火药石,据研究含硝量为60%,比北宋《武经总要》要高。[27]

北宋《武经总要》火药方之一
武经总要全前集卷十二火药制法

1044年《武经总要》中作者曾公亮丁度、和楊惟德已经记载三种複雜的火药配方,和利用火药制造霹雳火球、鐵嘴火鷂等炸弹。

“蒺藜火球……火藥法:用硫黃一斤四兩,焰硝二斤半,粗炭末五兩,瀝青二兩半,乾漆二兩半,搗為末;竹茹一兩一分,麻茹一兩一分,剪碎,用桐油、小油各二兩半,蠟二兩半,熔汁和之。外傅用紙十二兩半,麻一十兩,黃丹一兩一分,炭末半斤,以瀝青二兩半,黃蠟二兩半,熔汁和合,周塗之……”。

此火药方含硝石,硫黄,含碳物的比例为50%:25%:25%”[28]

《武经总要》火药方之二

“火球……火藥法:晉州硫黃十四兩,窩黃七兩,焰硝二斤半,麻茹一兩,乾漆一兩,砒黃一兩,定粉一兩,竹茹一兩,黃丹一兩,黃蠟半兩,清油一分,桐油半兩,松脂一十四兩,濃油一分。……”。

其中硝石,硫黄,含碳物的比例为50.6%:26.6%:22.8%”[29]

《武经总要》火药方之三

毒烟球“火药法:“球重五斤。用硫磺十五兩、焰硝一斤十四两、草乌头五两、芭豆五两、狼毒五两、桐油二两半、小油二两半、木炭末五两、沥青二两半、砒霜二两、黄蜡一两、竹茹一两一分、麻茹一两二分,捣合为球,贯之以麻绳一条长一丈二尺,重半斤为弦子。更以故纸一十二两半,麻皮十,沥青二两半,黄蜡二两半,黄丹一两一分,炭末半斤,捣合涂傅于外。若其气熏人,则口鼻血出。"

其中硝石,硫黄,含碳物的比例为49.06%:24.8%:26.6%”[30]

武经总要中还记述,使用火药為兵器,以火箭投石機搭載的炸彈形式出現。

1232年,南宋寿春县有人发明竹筒火枪,被使用來發射瓦土彈頭。南宋陈规著《宋城录》已记载有铜铁制成的火炮。

現時找到最古早的金屬製大炮約製作於1323年。但是元朝(1279年~1368年)之前的蒙古人有使用大炮來對抗當時的俄羅斯人,當時歐洲的罗吉尔·培根於1248年就有記載於其著作中。

1240年前后,阿拉伯人从中国获得到火药的知识,称来自东方的硝石为“中国雪”,他们还知道烟花爆竹,称之为“中国花”,又称火箭为“中箭”[31]

在1304年阿拉伯人亦將黑火藥應用在軍事上,放在竹或製的管內,以射擊枝。

一直到19世紀為止,黑火藥都是唯一知道存在的推進燃料以及炸藥。

歐洲方面,最早有大炮的紀錄則為1313年於比利時根特市出口的大炮。而於14世紀中期,不論是歐洲還是中國的文獻也有非常多的大炮使用紀錄。其實火藥中只有三種成分是有用的,亦是最先明白主要有效成分為硝酸鉀

無論是中國還是歐洲,製作火藥兵器的最大問題,還是難以生產能夠承受火藥爆炸力的炮管/槍管。所以歐洲亦有傳說中國只使用火藥來作煙火炮仗。事實是13、14世紀以後,中國還是有大量使用大炮和火箭。例如北京的矮厚城牆,作用就是用來防禦炮擊的。而明朝(公元1368~1644年)的首都亦在1421年由南京移往北京,相傳就是因為南京附近的山脈都是極佳的侵入者對南京炮擊地點。值得注意的是當時的明朝軍隊已經會步、炮(槍)、騎配合,並在一些戰爭中使用過三線戰法。

根據日本的紀錄表示,在葡萄牙人在1543年於種子島登陸(或應說是撞船意外)前,日本並沒有(或已失傳)手持的火藥兵器。而元朝大量使用火藥似乎就是使火藥兵器興起的原因,不過之間仍偶有使用舊式攻城器械如投石機

而在歐洲,15~17世紀則是火藥兵器獲得大量發展的時代。因為冶金術的進步,使得手持火藥兵器逐漸改良。而火炮的技術亦漸漸超越由中國傳入的技術。這些火炮技術則在後來由耶穌會傳教士傳回至中國,而這些傳教士亦被當時(明末清初)的皇帝任命為製作大炮的負責人。例如,清朝初年三藩之亂時,康熙皇帝便命令當時任時於欽天監的耶穌會教士南懷仁,製造大量新式火砲,以對付自雲南起亂的吳三桂,其中最為有名的火砲稱作「武成永固大將軍砲」,這是一種銅砲,重3公噸、砲長310公分、口徑12.5公分、用藥5斤、生鐵砲子10斤。

17世紀後期,歐洲的黑火藥亦用在和平用途上,例如採礦,築路等。

於19世紀中後期,因為發明了無煙火藥硝酸甘油以及硝化纤维(硝酸綿)等炸藥,而使得黑火藥被這些炸藥所取代。黑火藥被用作和平用途,例如煙火、鞭炮等。

現代應用[编辑]

現代軍事中黑火藥也被用在點火裝藥、引信裝藥中。仿古的前膛上彈槍枝的發射藥使用。另外在煙火定時引信信號爆竹發煙劑禮炮軍事演習時為了觀察炸彈著點準確度的演習炸彈裝藥。

注釋[编辑]

  1. ^ Jai Prakash Agrawal. High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Wiley-VCH. 2010. 69. ISBN 978-3-527-32610-5. 
  2. ^ Jack Kelly Gunpowder: Alchemy, Bombards, and Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World, Perseus Books Group: 2005, ISBN 0465037224, ISBN 9780465037223: pp. 2–5
  3. ^ Peter Allan Lorge, The Asian military revolution: from gunpowder to the bomb, Cambridge University Press. 2008:  32, ISBN 978-0-521-60954-8 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,125页
  5. ^ Buchanan 2006,第2页 "With its ninth century AD origins in China, the knowledge of gunpowder emerged from the search by alchemists for the secrets of life, to filter through the channels of Middle Eastern culture, and take root in Europe with consequences that form the context of the studies in this volume."
  6. ^ Joseph Needham; Gwei-Djen Lu; Ling Wang. Science and civilisation in China, Volume 5, Part 7. Cambridge University Press. 1987: 48–50. ISBN 978-0-521-30358-3. 
  7. ^ http://news.yam.com/focus/society/11956/]
  8. ^ [1]
  9. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,124页
  10. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,124页
  11. ^ 李约瑟中国科学技术史》第五卷第七分册《军事技术:火药的史诗》89页科学出版社
  12. ^ Kenneth Warren Chase, Firearms: a global history to 1700. illustrated, Cambridge University Press. 2003:  58 [29 July 2011], ISBN 0-521-82274-2 
  13. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,124页
  14. ^ 《The Genius of China》,Robert Temple。
  15. ^ Needham,第五卷,第七分册,第293页。
  16. ^ The World's Earliest Cannon (世界上最早的火炮). [November 18, 2010] (Chinese). 
  17. ^ W.H. Medhurst:China, its State and Prospects p101-107麦都思:《中国的现状和传教展望》,1838
  18. ^ 马克思恩格斯全集》第14卷人民出版社1964,193页
  19. ^ Peter Allan Lorge, The Asian military revolution: from gunpowder to the bomb, Cambridge University Press. 2008:  32, ISBN 978-0-521-60954-8 
  20. ^ Chase, Kenneth (2003), Firearms: A Global History to 1700, Cambridge University Press, ISBN 0521822742.
  21. ^ Buchanan, Brenda J., ed. (2006), Gunpowder, Explosives and the State: A Technological History, Aldershot: Ashgate, ISBN 0754652599.
  22. ^ 路振:《九國志‧鄭璠傳》
  23. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,121页
  24. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,123页
  25. ^ Kelly, Jack (2004), Gunpowder: Alchemy, Bombards, & Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World, Basic Books, ISBN 0465037186.
  26. ^ Xu Huilin (1986). A History of Chinese Black Powder and Firearms. Shanghai: Kexuepuji Press. CN / TQ56-092.
  27. ^ Liu Xu (2004). History of Ancient Chinese Firearms and Black Powder. Zhengzhou: Elephant Press. ISBN 7-5347-3028-7.
  28. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,126页
  29. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,126页
  30. ^ 王兆春著《中国军事科学通史》解放军出版社 2010,126页
  31. ^ Kelly, Jack (2004), Gunpowder: Alchemy, Bombards, & Pyrotechnics: The History of the Explosive that Changed the World, Basic Books, ISBN 0465037186 .

參考書目[编辑]

  • Ebrey, Patricia Buckley. The Cambridge Illustrated History of China. Cambridge University Press. 1999. ISBN 0-521-66991-X. 
  • Partington, James Riddick. A History of Greek Fire and Gunpowder. The Johns Hopkins University Press. 1998. ISBN 0-8018-5954-9. 

研究書目[编辑]

  • Joseph Needham(李約瑟)著,劉曉燕等譯:《中國科學技術史》,第5卷第7分冊,「軍事技術:火藥的史詩」(上海:上海古籍出版社,2006)。
  • 潘吉星:《中國古代四大發明——源流、外傳及世界影響》(合肥:中國科學技術大學出版社,2002)。
  • 馮家昇:《火葯的發明和西傳》(上海:上海人民出版社,1962)。

內部連結[编辑]

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