火藥

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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世紀中葉都是唯一的化學爆炸物。火藥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為燃料,而硝石是作為氧化劑[1]由於火藥的燃燒特性和能大量產生氣體和熱量,火藥被廣泛用作槍械中的發射藥煙花中的煙火藥英語pyrotechnic composition

學術界一般認為火藥發明於7世紀的中國,是中國術士為煉製長生不老藥英語Elixir of life而得到的副產品。[2]早在唐代的《太上聖祖金丹秘訣》里,就有了早期火藥配方的書面記載。[3][4]火藥的發現導致了煙花的發明和早期火藥武器在中國出現。隨後火藥武器也陸續在阿拉伯歐洲印度出現。一般認為歐洲的火藥技術是由阿拉伯人傳播過去的。[5]西方最早的有關火藥的書面記錄是由英國哲學家羅吉爾·培根於13世紀記錄。[6]

黑火藥被歸類於低爆炸性炸藥,因為其較低的分解率導致了低爆炸威力。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為煙火鞭炮、模型火箭以及仿古的前膛上彈槍枝的發射藥使用。

說明[編輯]

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。

此外從實驗中亦有觀察到該反應: 4KNO3 + S +7C → K2S + K2CO3 + 2N2 + 3CO2 + 3CO

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[編輯]

煉丹家的原始火藥[編輯]

南北朝[編輯]

東晉葛洪在《抱朴子》中記載用硝石、武當山雄黃、松脂和豬大腸脂肪混合製成白如冰的丹藥,「服之皆令長生,百病除」」[9]

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唐初醫學家孫思邈(581—682)在《丹經內伏硫磺法》中記載硝石硫磺和炭化皂角子混合後用火點燃後能猛烈燃燒。

8世紀時中國煉丹家發明以硝石硫黃木炭為主要原料的「伏火硫黃法」:硫黃硝石各二兩,研末,放在沙罐中,再將沙罐放在地坑中,四面填土,與地平,將三個皂角子,燃燒存性,用鉗子逐個放入沙罐中,等到火滅之後,在罐口加木炭三斤,煅燒,到炭消三分之一,去余火,冷收之。用伏火法煅燒出來的物質,雖然還不是火藥,但已經開始將硝石,硫黃,和木炭一同煅燒了」[10]

元和三年(808年)煉丹家清虛撰的《太上聖祖金丹秘訣》記載了「伏火礬法」:以硫黃二兩硝石二兩,馬兜鈴三兩半,研末,拌勻,入罐,放入地坑中與地平,將彈子大小的燒紅的木炭,放入罐內,煙起,用濕紙四五重覆蓋,再用兩塊磚壓上,用土掩埋」。伏火礬法比伏火硫黃法前進了一大步,伏火硫黃法的硝石硫黃混合物,因沒有碳素,燃燒過程容易被融化的硫黃中斷,為了補救,放入皂角子,使燃燒繼續進行。伏火礬法則將硝石,硫黃,含碳的馬兜鈴一同混合,成為原始火藥」[4]

成書於9世紀中葉至五代的《真元妙道要略》(一說鄭思遠所著)記載:「有以硫磺、雄黃合硝石並蜜燒之,焰起,燒手面及燼屋舍者」[11][12]

煉丹家對硝石硫黃化學性質的研究[編輯]

魏晉南北朝《三十六水法》記載32個包含硝石的丹方。《周易參同契》記載硫黃和水銀的化合實驗。陶弘景《本草經集注》首創用火焰的顏色辨別硝石的方法:「強燒之,紫青煙起,雲是真消石也」[13]

火藥的發明[編輯]

十世紀五代時期的敦煌(時屬歸義軍)壁畫,目前所知最早的關於火槍手榴彈(右上方)的描繪。[14]世界上最早的金屬火統出土於中國黑龍江,製作年代為1288年,現藏黑龍江省博物館。[15][16]

火藥是中國古代四大發明之一。英國一位傳教士麥都思指出:「中國人的發明天才,很早就表現在多方面。中國人的四大發明(造紙術指南針、火藥、印刷術),對歐洲文明的發展,提供異乎尋常的推動力」[17]。」。恩格斯在1857年發表的《炮兵》中寫道:「在中國,還在很早的時期就用硝石和其他引火劑混合製成了煙火藥,並把它使用在軍事上和盛大典禮中」[18]

硝石是火藥的關鍵構成之一,火藥配方最早在公元9世紀晚唐時期的煉丹書籍中就有記載。[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」,這是火藥最早使用于軍事記載,最早的火藥武器則出現在五代時期的敦煌壁畫。[22]

影響[編輯]

北宋《太平玉覽》引《范子葉然》的記載,春秋時代有一位范子然說「硝石出隴道」[23]。南朝梁陶弘景名醫別錄》記載「撲硝生益州,……色青白者佳」,「硝石生益州及武都,隴西,西羗」,「硝石,味辛,大寒無毒,主治十二經中百二十疾。天地至神之物」。唐蘇敬等編《新修本草》記載「朴硝今出益州北部汶山郡,生山崖上,色青白,亦雜黑斑」。東漢《神農本草經》記載「消石,味苦寒,主五臟積熱,胃漲閉,滌去蓄結飲食,推陳致新,除邪氣」[24]。 北宋《武經總要》的三種火藥方含硝量50%、48.5%、38.5%,均低於基本的黑火藥含硝量(75%)。[25][26]此外,在金人統治下的西安附近曾出土了火藥石,據研究含硝量為60%,比北宋《武經總要》要高。[27]

北宋《武經總要》火藥方之一
武經總要全前集卷十二火藥製法

1044年《武經總要》中作者曾公亮丁度、和楊惟德已經記載三種複雜的火藥配方,和利用火藥製造霹靂火球、鐵嘴火鷂等炸彈。

「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……」。

此火藥方含硝石,硫黃,含碳物的比例為50%:25%:25%」[28]

《武經總要》火藥方之二

「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,硫黃,含碳物的比例為50.6%:26.6%:22.8%」[29]

《武經總要》火藥方之三

毒煙球「火藥法:「球重五斤。用硫磺十五兩、焰硝一斤十四兩、草烏頭五兩、芭豆五兩、狼毒五兩、桐油二兩半、小油二兩半、木炭末五兩、瀝青二兩半、砒霜二兩、黃蠟一兩、竹茹一兩一分、麻茹一兩二分,搗合為球,貫之以麻繩一條長一丈二尺,重半斤為弦子。更以故紙一十二兩半,麻皮十,瀝青二兩半,黃蠟二兩半,黃丹一兩一分,炭末半斤,搗合塗傅於外。若其氣熏人,則口鼻血出。"

其中硝石,硫黃,含碳物的比例為49.06%:24.8%:26.6%」[30]

武經總要中還記述,使用火藥為兵器,以火箭投石機搭載的炸彈形式出現。

1232年,南宋壽春縣有人發明竹筒火槍,被使用來發射瓦土彈頭。南宋陳規著《宋城錄》已記載有銅鐵製成的火炮。

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,當時歐洲的羅吉爾·培根於1248年就有記載於其著作中。

1240年前後,阿拉伯人從中國獲得到火藥的知識,稱來自東方的硝石為「中國雪」,他們還知道煙花爆竹,稱之為「中國花」,又稱火箭為「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觔、生鐵砲子10觔。

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纖維(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[編輯]

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[編輯]

  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《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,125頁
  5. ^ Buchanan 2006,第2頁 "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《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,124頁
  10. ^ 王兆春著《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,124頁
  11. ^ 李約瑟中國科學技術史》第五卷第七分冊《軍事技術:火藥的史詩》89頁科學出版社
  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《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,124頁
  14. ^ 《The Genius of China》,Robert Temple。
  15. ^ Needham,第五卷,第七分冊,第293頁。
  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麥都思:《中國的現狀和傳教展望》,1838
  18. ^ 馬克思恩格斯全集》第14卷人民出版社1964,193頁
  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《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,121頁
  24. ^ 王兆春著《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,123頁
  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《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,126頁
  29. ^ 王兆春著《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,126頁
  30. ^ 王兆春著《中國軍事科學通史》解放軍出版社 2010,126頁
  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[編輯]

  • 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[編輯]

  • 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[編輯]

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