La polvora y su combustión

[Metro73]

Durante una amena charla de sobremesa, un querido colega realiza una pregunta que nos dejo pensando lo poco que sabemos o en otras palabras, el famoso "solo se que no se nada"......... y la pregunta fue la siguiente..... ¿de donde sale el oxigeno en la combustión de la polvora dentro de una vaina?.... ya que la recamara esta cerrada (no hermetica pero tampoco con un gran aporte de oxigeno), amen que al avanzar el proyectil, los gases de combustion van desalojando el aire..... ¿y entonces?

Bueno.. gracias al gran invento de Larry Page y Sergey Brin, pude encontrar la respuesta... (eso creo   ):

La pólvora es una mezcla intima de [resaltar:l93fga4e]salitre[/resaltar:l93fga4e], carbón y azufre. La formula más antigua que se conoce (la de Roger Bacon) da las siguientes proporciones, 7 partes de salitre, 5 de carbón y otras 5 de azufre (41% salitre, 29.5% carbón y 29.5% azufre), es dudoso que se pudieran obtener estos materiales de gran pureza en aquel momento, lo que unido a las proporciones expuestas, nos lleva a la conclusión de que esa pólvora era relativamente débil, aunque eso fue una ventaja, ya que los primeros cañones, no hubieran podido resistir cargados con una pólvora mas eficaz y potente.

El porcentaje de salitre fue aumentando hasta que a finales del siglo XVIII, se había alcanzado aproximadamente su formula final: 75% salitre, 15% carbón y 10% de azufre.

A la pólvora antigua se la denominaba serpentina y era una mezcla de los tres componentes reducidos a polvo, de ahí su nombre (polvo-ra). Esta tenia muchos defectos, si se atacaba o se comprimía en la recamara de un cañón, se apelmazaba de tal manera que el encendido así como su posterior combustión eran dificultosos y erráticos.

Durante su almacenamiento y transporte tenia una cierta tendencia a separarse en los componentes que la constituían, quedando en la parte baja del tonel el azufre y salitre, debido a su diferente densidad y por lo tanto diferente peso.

Durante el siglo XV los franceses desarrollaron un nuevo procedimiento que consistía en mezclar los tres componentes (reducidos a polvo) mojados (método muy seguro que aun se utiliza hoy en día), formando obleas y dejando que se secaran posteriormente, luego se desmenuzaban y se pasaban por un tamiz, obteniendo la pólvora en distintos tipos de granulación, que se destinaban a diferentes usos, pistolas, mosquetes, cañones y la mas fina, denominada polvorín, para el cebado de cazoletas de todas ellas, este polvorín tenia que estar formado por los granos mas finos y no por el polvo que se desprendiera, ya que éste solo era polvo de carbón y no de los tres componentes que forman la pólvora.

Esta pólvora era más eficaz y potente porque todos y cada uno de los granos tenían la composición adecuada, además al no quedar apelmazada en la recamara la combustión era más rápida, limpia y potente.

Para un mismo peso, la pólvora granulada era hasta tres veces más potente que la antigua pólvora de cañón o serpentina, ya que ambos nombres se utilizaban en la época para referirse a ella. Como se puede deducir esta pólvora granulada aguantaba mejor los traqueteos a que era sometida la pólvora cuando se transportaba en toneles hacia su destino final, también debido al proceso de granulación era menos sensible a la humedad, manteniendo su buen rendimiento.

El Salitre es el componente principal, con este nombre entendemos actualmente el Nitrato de Potasio, ya que antiguamente lo conocían de forma más genérica como eflorescencias salinas naturales que contenían incluso sales de sodio, calcio y magnesio en forma de carbonatos cloruros y nitratos, estos se obtenían rascando las eflorescencias cristalinas que se formaban en los muros húmedos.

[resaltar:l93fga4e]El nitrato de potasio se expresa químicamente como KNO3, y es una sal del ácido nítrico (HNO2) con el potasio (K). Este componente por sus cualidades de fuerte oxidante, es el que aporta el oxigeno para la combustión de la pólvora, ya que sin la presencia de este (el oxigeno) no puede haber combustión.[/resaltar:l93fga4e]
El Azufre es un elemento químico sólido y cristalino de un color amarillo muy característico. Entra en la composición de la pólvora negra ya que facilita la propagación de la combustión, aumentando la velocidad además de mejorar la estabilidad ya que es un elemento insensible a la humedad. El azufre en estado natural tiene la propiedad de fundir a los 115ºC y de quemar a los 250ºC.

El Carbón utilizado para la preparación de la pólvora negra debe ser seleccionado con mucho cuidado por la gran importancia que asume como combustible base de nuestra mezcla, este debería ser lo mas puro posible, es decir que tenga la menor cantidad posible de cenizas. La mayor parte de los residuos que deja la combustión de la pólvora negra son cenizas de carbón y pueden llegar a ser el 50% del peso original de la pólvora.

Una vez leido.. es obvio    

Les mando un abrazo

Metro73

[maxrios]

Eso es correcto para las armas de polvora negra.
En las armas modernas con polvoras sin humo no se trata ya de una mezcla fisica de componentes sino de un producto quimico (la nitrocelulosa/nitroglicerina)
Estas moleculas tienen  en si mismas el oxigeno necesario para la combustion confinada.
En este caso aportado por los grupos nitro de la molecula.
Saludos

Max

[alejandro jofre]

Preguntonta: El salitre... ¿es el mismo que usamos para curar jamones?...Gracias.

Alejandro.

PD: ESTA SI ES BOLUDA: ¿Si aso en la parrila con carbón a un pedazo de jamón, lo voy a buscar adónde?... si, ya sé a la c de tu madre por preguntar huevadas!!!  

[Metro73]

Eso es correcto para las armas de polvora negra.
En las armas modernas con polvoras sin humo no se trata ya de una mezcla fisica de componentes sino de un producto quimico (la nitrocelulosa/nitroglicerina)
Estas moleculas tienen  en si mismas el oxigeno necesario para la combustion confinada.
En este caso aportado por los grupos nitro de la molecula.
Saludos

Max

Gracias Max por completar la info!!!

Un abrazo

Metro73

[Metro73]

Preguntonta: El salitre... ¿es el mismo que usamos para curar jamones?...Gracias.

Alejandro.

[resaltar:2ts74dmz]PD: ESTA SI ES BOLUDA: ¿Si aso en la parrila con carbón a un pedazo de jamón, lo voy a buscar adónde?... si, ya sé a la c de tu madre por preguntar huevadas!!![/resaltar:2ts74dmz]

               

Te mando un abrazo y gracias por el toque de humor, siempre son bienvenidos!  

Metro73

[LJV]

Preguntonta: El salitre... ¿es el mismo que usamos para curar jamones?...Gracias.

Alejandro.

PD: ESTA SI ES BOLUDA: ¿Si aso en la parrila con carbón a un pedazo de jamón, lo voy a buscar adónde?... si, ya sé a la c de tu madre por preguntar huevadas!!!  

Alejandro una cosa es sal y otra muy distinta es salitre.

[LJV]

Eso es correcto para las armas de polvora negra.
En las armas modernas con polvoras sin humo no se trata ya de una mezcla fisica de componentes sino de un producto quimico (la nitrocelulosa/nitroglicerina)
Estas moleculas tienen  en si mismas el oxigeno necesario para la combustion confinada.
En este caso aportado por los grupos nitro de la molecula.
Saludos

Max

Gracias Max por completar la info!!!

Un abrazo

Metro73

Agrego algo mas, actualmente el granulado de las distintas polvoras hace que guarden oxigeno en el interior de la vaina. Son muy pocos los calibres o cargas que no dejan una camara de combustión dentro de la vaina.

[maxrios]

LVJ:
Tambien se usa salitre para el proceso de fabricación del jamon.(y se ve que Ale sabe mas de jamones que de polvoras   )
Si bien es cierto que queda algo de oxigeno dentro de la vaina (aun no se carga al vacio ni en atmosferas modificadas, pero seria una buena idea!) la cantidad de oxigeno presente es despreciable y la molecula contiene por si misma la cantidad de oxigeno necesaria para quemar completamente aun en completa ausencia del mismo.
Se acepta normalmente que un gramo de polvora genera aproximadamente 22 litros de gas, asi que fijate la diferencia de proporciones con lo que pueda quedar encerrado en el interior de la vaina.(maxime si tenemos en cuenta que de ese aire solo el 21% es oxigeno) El granulado de las polvoras esta mas relacionado con la variacion de la vivacidad de la misma y la facilidad en la dosificacion.
Como dato complementario exactamente de esta misma manera detonan los explosivos que se ponen bajo el agua.
Saludos

Max

[Metro73]

LVJ:
Tambien se usa salitre para el proceso de fabricación del jamon.(y se ve que Ale sabe mas de jamones que de polvoras   )
Si bien es cierto que queda algo de oxigeno dentro de la vaina (aun no se carga al vacio ni en atmosferas modificadas, pero seria una buena idea!) la cantidad de oxigeno presente es despreciable y la molecula contiene por si misma la cantidad de oxigeno necesaria para quemar completamente aun en completa ausencia del mismo.
Se acepta normalmente que un gramo de polvora genera aproximadamente 22 litros de gas, asi que fijate la diferencia de proporciones con lo que pueda quedar encerrado en el interior de la vaina.(maxime si tenemos en cuenta que de ese aire solo el 21% es oxigeno) El granulado de las polvoras esta mas relacionado con la variacion de la vivacidad de la misma y la facilidad en la dosificacion.
Como dato complementario exactamente de esta misma manera detonan los explosivos que se ponen bajo el agua.
Saludos

Max

Bien Max, ese era el tema.. si bien no se arman al vacio, el oxigeno que se encuentra dentro de la vaina es insuficiente para completar la combustion.... entonces.. ¿quien aportaba el oxigeno necesario?... asi habia salido el tema.

Nuevamente gracias

Metro73

[maxrios]

metro:
Un placer aportar en las pocas oportunidades que se algo.
Te mando un abrazo grande

Max

[Marc Cardeaux .308W]

Perdón por engancharme tan tarde, pero soy nuevo en el foro.
Las pólvoras tienen una formulación en la que se balancea combustible y comburente, es decir en buen cristiano, la cantidad de "oxígeno" necesario para que se produzca combustión completa.
Bien dice alguien por ahí (perdón no recuerdo quien) que el oxígeno lo aportan los grupos nitro en las pólvoras "sin humo" que son generalmente nitrato de celulosa pura, o con agregados de nitroglicerina. se las denomina bi o tribases.
Por la cantidad de moléculas contenidas en las cadenas de celulosa, no es suficiente el aporte del oxígeno ocluído en el interior de la vaina, realmente es despreciable, estamos hablando de varios millones a uno.

[Metro73]

Perdón por engancharme tan tarde, pero soy nuevo en el foro.
Las pólvoras tienen una formulación en la que se balancea combustible y comburente, es decir en buen cristiano, la cantidad de "oxígeno" necesario para que se produzca combustión completa.
Bien dice alguien por ahí (perdón no recuerdo quien) que el oxígeno lo aportan los grupos nitro en las pólvoras "sin humo" que son generalmente nitrato de celulosa pura, o con agregados de nitroglicerina. se las denomina bi o tribases.
Por la cantidad de moléculas contenidas en las cadenas de celulosa, no es suficiente el aporte del oxígeno ocluído en el interior de la vaina, realmente es despreciable, estamos hablando de varios millones a uno.

Primero y ante todo, bienvenido al foro!    y segundo..... satamente, tal cual lo comenta usted.

Un abrazo!
Metro73

[nicasio]

Para quienes preguntaron sobre el uso de "salitre" en el curado de
chacinados y explosivos:
Nitritos y Nitratos he aqui la cuestion.
Hace un tiempo lei polemicas al respecto pues el uso como conservantes
en los fiambres no era tan inocente como se suponia...
Al final es como dijo el sabio:
Todo es veneno,depende de la dosis.
Saludos.

[Marc Cardeaux .308W]

Salitre era la denominación quimica antigua que se le daba al nitrato de sodio o potasio. Hacia fines del siglo XIX cuando entran en vigencia las pólvoras sin humo, la industria quimica no estaba desarrollada como hoy, y no podía proveer de un compuesto capaz de aportar grupos nitro para nitrar la celulosa.
Se empleaban los excrementos de aves de una isla del Océano Pacífico, no recuerdo donde les prometo buscar la info, que por la alimentación de origen marino y los jugos gástricos, eran ricos en nitratros de sodio.
Estos nitratos eran claves para la producción de pólvoras sin humo.
En el S XIX con el avance de la ciencia quimica, se logró la síntesis de productos inorgánicos claves para esta elaboración: el ácido sulfúrico y el ácido nítrico, esto permitió hacer una mezcla (llamada sulfonítrica) para incorporar los tan necesarios grupos nitro a la celulosa (no se les ocurra hacerlo en forma casera, es muy inestable y van a volar por los aires!!!!!!!!)
Respecto de los nitritos, tienen otro estado de oxidación (que el nitrato) y por lo tanto reacciona quimicamente distinto, hace unas décadas se utilizó para "pintar" las carnes un tanto pasadas y devolverles ese hermoso color rojo de carne fresca, también se utilizó como antiséptico (matabichos en buen romance) y estabilizante para alimentos, ahora está prohibido por el código alimentario nacional, ya que utilizado en grandes concentraciones es nocivo para la salud, en particular para los niños pequeños, lactantes, ya que no pueden oxidar el nitrito a nitrato y es el causante de una enfermedad en sangre que disminuye la capacidad de colectar y transportar oxígeno.

Perdón muchachos!!!!!! me entusiasmé y los aburrí con la química!!!! prometo no volver a hacerlo!!!!    

[Marc Cardeaux .308W]

Perdón la síntesis inorgánica se desarrolla plenamente a principios del S XX, y comienza laproducción en escala industrial de los insumos necesarios para producir la pólvora sin humo.

[nicasio]

Msr.Cardeaux:
Hace unos años(no muchos)estaba leyendo uno de los muchos suplementos chivo-tematicos de un diario de gran tirada,dedicado a homenajear a la industria del chacinado.
Por supuesto la mitad del espacio era publicidad de los proveedores de la industria,junto a la razon social describian sus insumos:
Nitritos de sodio,venenatio de potasio,nitrato de garconio...
Ahora trato de no comer salame.
(la recolecion de "guano" se hacia en infinidad de islas,no una sola.
Y tan importante era para Europa,que grandes flotas de "clippers" arriesgaban todo doblando el Cabo de Hornos,que de hornos no tenia nada,ya que era Cape Horn)
Saludos.

[Metro73]

nicasio y Marc Cardeaux .308W... lo pario che.. las cosas que se aprenden....  

Saludos y gracias por los aportes!

Metro73

[Trabucos]

Diego:

hay una anécdota interesante acerca del invento de la nitrocelulosa que tiene que ver con un químico de apellido Schonbein que le tenía miedo a la esposa.
El tipo estaba experimentando con acido nitrico y sulfúrico en la cocina de su casa, cosa que la bruja le tenía prohibido. Cuando se le cayó parte del ácido, el tipo lo secó inmediatamente con su delantal y para que no lo caguen a pedos, colgó el delantal cerca del fuego para que se seque rápido. Al rato se produjo una explosion que hizo desaparecer el delantal. Evidentemente la Sra Schonbein tenía razon, Su esposo era un pelotudo, pero inventó la nitrocelulosa.

Trabucos

[Enrique]

Durante una amena charla de sobremesa,

Lease charla de  

se había alcanzado aproximadamente su formula final: [resaltar:29ter05v]75% salitre, 15% carbón y 10% de azufre[/resaltar:29ter05v].

El nitrato de potasio se expresa químicamente como KNO3 ... Este componente por sus cualidades de fuerte oxidante, es el que aporta el oxigeno para la combustión de la pólvora...  

Una rápida aproximación me da que para esa composición, tomando como base 1kg. de pólvora,  se necesitarian 0.5kg de oxígeno para quemar el carbón (100% C) y el azufre, por otro lado el salitre aportaría 0.36 kg, de donde sale el faltante?  agradecería que alguien con conocimientos de química y/o combustión lo revise.

También sería bueno tener una composición aprox. de una pólvora moderna para realizar el mismo análisis.

... cenizas de carbón y pueden llegar a ser el 50% del peso original de la pólvora.

Díficil ya que de carbón solo tendríamos el 10% del peso original, ni siquiera considerando como ceniza todo el potasio y todo el carbón, superamos el 40%...

Disculpen, hoy estoy medio inchapelotas...

[Marc Cardeaux .308W]

Muy buena estequiometría Enrique!!!, haciendo el formuleo para una combustión completa (es decir todo el C que pasa a CO2 y el S a SO2), se necesita mayor cantidad que la estimada.
Habría que revisar bien esa fórmula, pero en las proporciones descritas se aportan solo 356 g de oxígeno cuando se necesitan 700 g.
Bajo estas condiciones solo una parte del C se combinaría para dar CO2, otra CO (monóxido de carbono) y queda carbono sin quemar, es decir combustión incompleta.
Respecto de las pólvoras sin humo desenpolvo los libros y apuntes y busco la composición.

[nicasio]

Todo aporta Enrique...
de mi parte,te regalo una "h".

[maxrios]

Si la ecuacion de quemado de la PN fuese ideal, seria masomenos asi:
2 KNO3 + S + 3C -> 3 CO2 + SK2 + N2
El asunto es que esta combustion es sumamente ineficiente y de alli la gran cantidad de residuos solidos.
No se quema todo y los productos de la reacción son sumamente variados.
Saludos
Max

Pd: Enrique:Industrialmente se utiliza penta o hexanitrato de celulosa para estos fines.

[Trabucos]

Si la ecuacion de quemado de la PN fuese ideal, seria masomenos asi:
2 KNO3 + S + 3C -> 3 CO2 + SK2 + N2
El asunto es que esta combustion es sumamente ineficiente y de alli la gran cantidad de residuos solidos.
No se quema todo y los productos de la reacción son sumamente variados.
Saludos
Max

Pd: Enrique:Industrialmente se utiliza penta o hexanitrato de celulosa para estos fines.

Ademas de dificil de estimar. ¿Cuanto se pierde en forma de humo?, ¿cuanto resíduo queda en el cañon?. Como los largos de los cañones difieren de un arma a otra, y el quemado de la polvora negra se asemeja a una ecuación lineal. para hacerla mas lenta o mas rápida vienen en diferentes granulaciones. Son todos factores que hacen muy dificil estimar cuanto resíduo queda.

trabucos

[Enrique]

Si la ecuacion de quemado de la PN fuese ideal, seria masomenos asi:
2 KNO3 + S + 3C -> 3 CO2 + SK2 + N2  

Max, el S no pasa a SO2? eventualmente algo de SO3, dependiendo de las condiciones de combustión?

Muy buena estequiometría Enrique!!!, haciendo el formuleo para una combustión completa (es decir todo el C que pasa a CO2 y el S a SO2), se necesita mayor cantidad que la estimada.
Habría que revisar bien esa fórmula, pero en las proporciones descritas se aportan solo 356 g de oxígeno cuando se necesitan 700 g.
Bajo estas condiciones solo una parte del C se combinaría para dar CO2, otra CO (monóxido de carbono) y queda carbono sin quemar, es decir combustión incompleta.
Respecto de las pólvoras sin humo desenpolvo los libros y apuntes y busco la composición.

Entiendo el O2 estequiométrico es de 500g y vos considerás un exceso del 40% (700g) para asegurar la combustión completa?

Todo aporta Enrique...
de mi parte,te regalo una "h".

No soy el único que está medio hhinchapelotas (la segunda h es por la que me comí)  

[Enrique]

Ademas de dificil de estimar. ¿Cuanto se pierde en forma de humo?, ¿cuanto resíduo queda en el cañon?. Como los largos de los cañones difieren de un arma a otra, y el quemado de la polvora negra se asemeja a una ecuación lineal. para hacerla mas lenta o mas rápida vienen en diferentes granulaciones. Son todos factores que hacen [resaltar:207nec7c]muy dificil estimar cuanto resíduo queda[/resaltar:207nec7c].
trabucos

Disiento, no es tan difícil, queda un montón...