Барутът () е най-старото известно взривно вещество и единственото познато до средата на XIX век. Обикновено представлява смес от сяра, дървени въглища и калиев нитрат, като сярата и дървените въглища действат като гориво, а калиевият нитрат – като окислител. Поради свойствата на горенето си и значителното количество отделяна топлина и газове, барутът е използван широко като метателен заряд в огнестрелните оръжия и като пиротехнически компонент във фойерверките.
Барутът може да се приготвя и без сяра, но тогава действието му е по-слабо. Като се топи при горенето, сярата увеличава предаването на топлина между частиците на механичната смес. При запалването на димен барут обикновено се наблюдава взривно горене, при което се отделя голямо количество горещи газове, съставени от въглероден диоксид, вода и азот, както и твърд остатък от калиев сулфид. Въпреки че наименованието „барут“ често се използва за всички прахообразни пропеланти, съвременните огнестрелни оръжия използват други смеси, наричани бездимни барути. Барутът все още намира приложение като забавител на горенето при специфични боеприпаси, където бавното му горене е предимство. Още преди 1990 сред любителите пиротехници в България са популярни смеси „миниум и бронз“ и „перманганат, сяра и бронз“ като първата е Pb3O4 + Al а втората KMnO4+S+Al отговарящи на барут т.е. механична смес от окислител и гориво за изработване на „пиратки“ т.е. увеселителни заряди/бомбички. Погрешно се счита че пукотът е детонация, всъщност е високоскоростно взривно горене.
Според преобладаващото мнение барутът е изобретен през IX век в Китай, като най-ранната известна записана формула за състава му се съдържа в „Удзин Джуняо“ – военна енциклопедия от времето на династията Сун (XI век). Откриването на барута довежда до създаването на фойерверките и на първите барутни оръжия в Китай. През следващите столетия барутни оръжия започват да се появяват и в ислямския свят, Европа и Индия. Първите сведения за барута на Запад се появяват в текстове на английския философ и алхимик от XIII век Роджър Бейкън.
Взривоподобното горене при барута протича сравнително бавно, с дефлаграция под скоростта на звука, поради което бризантността му е ниска. Скоростта на горене нараства при по-голямо налягане, така че барутът може да взриви затворени съдове, в които е поставен, но оставен на открито, просто гори. При огнестрелните оръжия запалването на барута зад куршума трябва да създаде достатъчно налягане, за да го изстреля, но не толкова, че да разруши цевта. По тази причина барутът е относително добър пропелант, но не е толкова подходящ за взривяването на скали или укрепления. Все пак той е широко използван за изстрелване на артилерийски снаряди и за взривяване в минното дело и строителството до втората половина на XIX век, когато се появяват първите бризантни взривни вещества.
Състав и свойства Класическият димен (черен) барут съдържа сяра, дървени въглища и калиев нитрат (калиева селитра). Процентното съдържание на съставките варира в широки граници, но най-често се използват съотношения: калиев нитрат: 73 – 75% дървени въглища: 13 – 15% сяра: 10 – 13%
Калиевият нитрат (KNO3), калиева селитра е бял прах, използва се още като минерален тор. Дървените въглища трябва да са от меко дърво (липа, бор, върба, лоза), горено при сравнително ниска температура. Сярата е жълто прахообразно вещество.
Безсерният барут съдържа 80% калиев нитрат и 20% дървени въглища. Клод-Луи Бертоле – откривателят на бертолетовата сол – прави опит да замени нитрата с калиев хлорат (бертолетова сол, KClO3), но всички опити са неуспешни: най-често завършват със спукано оръдие.
Наименованието „черен (димен) барут“ се появява в края на XIX век, за да разграничи традиционния барут от новопоявилите се бездимни и полубездимни барути. Полубездимните барути имат свойства, близки до тези на черния барут, но отделят значително по-малко дим и други продукти на изгарянето. Бездимните барути имат различни характеристики на горенето (промяна на налягането във времето) и могат да създават значително по-високо налягане, което ги прави неподходящи за по-стари оръжия, създадени за работа с черен барут. Цветът на бездимните барути варира от кафеникаво-сив през жълт до съвсем бял. Повечето полубездимни барути спират да се произвеждат през 20-те години на XX век.
Технология на производство За производството на най-мощните барутни прахове се използват дървени въглища, като най-доброто дърво за тази цел е върбата, но може да се използват също елша или зърнастец. Във Великобритания между XV и XIX век при производството на барут особено се ценят въглищата от вида зърнастец Rhamnus frangula, а в южните части на Съединените щати – от пирамидална топола.
Съставките на барута се смилат на малки части и се смесват възможно най-добре. Първоначално това се прави с хаван и пестик или подобна ударна мелница, направена от мед, бронз или друг материал, който не предизвиква искри. Впоследствие тези устройства са заменени от топкови мелници, отново изработени от бронз или олово за предотвратяване на искри. Използвани са също мелници с колело от мрамор или варовик, въртящо се върху варовиково легло, а по-късно и чугунено или покрито с желязо каменно колело върху желязно легло. По време на смилането сместа се овлажнява с алкохол или вода, за да се предотврати инцидентно запалване. Това помага и за прикрепването на силно разтворимия калиев нитрат по много неравната повърхност на зърната дървени въглища и намалява отделяния при смилането прах. Тази практика навлиза в Европа към края на XIV век. С масовизирането на производството на барут през XVIII век технологията става все по-зависима от източниците на механична енергия.
След смилането и смесването пастата от мокър барут се оформя на зърна и се изсушава. Първоначално оформянето става на ръка, но по-късно започват да прекарват пастата през предназначени за тази цел сита. Барутът на зърна се съхранява по-лесно, тъй като има по-малка специфична повърхнина и поема по-малко влага, а в същото време по-лесно се зарежда в оръжията и има по-голяма мощност от барута на прах. Черният барут е силно хигроскопичен, а използването му за измерване на концентрацията на алкохол е знака 50 proof на някои спиртни питиета, като измерването е чрез запалване на барута, напоен с алкохол. Черният барут не се запалва, ако концентрацията на алкохол е под 57,15% (обемни).
От началото на XIX век плътността на барута се увеличава още повече чрез статичен натиск. Мократа паста се поставя във винтова преса и обемът и се намалява до два пъти, като се получават плочи с твърдостта на шисти. Този процес е много чувствителен към влажността на въздуха, като получената плътност може да се различава до три пъти при равни други условия и промяна на влажността.
Получените при пресоването плочи се раздробяват отново с чук или валяк, а получените зърна се сортират в различни фракции с помощта на сита с различен размер на отворите. Понякога зърната се прекарват и през въртящ се барабан, като по този начин те се оглаждат, което увеличава трайността им. Неогладените зърна се оглаждат при транспортиране, при което се отделя фин прах, който променя начина на горене на крайния продукт.
Друго подобрение в технологията през XIX век е произвеждането на дървени въглища чрез дестилация на дървесината в нагрети железни съдове, вместо изгарянето ѝ в изкопани в земята ями. Този метод дава възможност за по-прецизно контролиране на температурата, която оказва влияние върху мощността и консистенцията на получения от въглищата барут. През 1863 г., в отговор на нарасналите цени на внасяния от Индия калиев нитрат, американската компания „Дюпон“ създава технология за производството на тази сол от изобилния чилийски натриев нитрат и добивания в много части от света калиев хлорид.
История
Първите огнестрелни оръжия използват различни модификации черен барут. Качеството му е различно и отговаря на приетата технология за производство и на вложените материали. Черният барут е познат още в древността като силно избухлива смес; намира приложение във военното дело. Начинът за придобиването, материалите, съотношението и технологията се пазят от производителите в дълбока тайна. Така рецептата за производство на барут се появява, загубва и преоткрива няколко пъти през вековете. Има достатъчно достоверни сведения, че в Древния Египет, Китай, а по-късно – във Византия и в европейските страни барутът е познат, използван и съхраняван като най-важна държавна тайна. Достигането до производство на качествен барут става след дълги и опасни опити на производителите. Търсят се технологии, които да подобрят количеството и качеството. Производителите на оръжия и военните поставяли изисквания за повишаване силата на барута, използван при огнестрелните оръжия, и по-слабото въздействие върху него на влагата, високата и ниската температура. За постигане на по-висока плътност на огъня, военните искат равномерност и еднаква сила на произвежданите изстрели. Лошото качество, влиянието на климата и други фактори, съчетано със слабите балистични качества на по-ранните стрелкови системи, допълнително намаляват ефективността на стрелбата. Особено силно влияе влагата на корабната артилерия. Продължителното въздействие на влагата в морето отслабва силата на барута и допълнително влияе върху точността изстрелите.
Черният барут представлява смес на селитра, сяра и дървени въглища в определено съотношение. Преди всеки производител използва различно съотношение на съставките и различна технология на смесване на изходните продукти. При недобро производство и съхраняване барутът допълнително отслабва и се разваля. След появата на капсулното оръжие в началото на XIX век и развитието на новите технологии в металообработването става очевидна необходимостта от качествено нови и по-мощни барутни смеси. Освен за изстрелване на по-големи разстояния барутът започнал да се използва като взривна смес в снарядите. Така възниква нуждата от много по-мощни заряди с малко относително тегло. Използваният дотогава черен барут не е достатъчно силен за изискванията на съвременната война.
Търсенето на нови, по-мощни взривни смеси кара европейски и световни учени – химици и инженери – да търсят начини за повишаване качеството на вече използваните барути. Тръгва се по пътя на заменяне или добавяне на компоненти в традиционните барутни смеси или създаването на изцяло нови химични съединения с желаните свойства. Първите успехи са постигнати още в средата на XIX век, но официално нов вид барут се въвежда в производство и употреба чак през 1884 г. във Франция. Той получава по-късно твърде общото наименование „бездимен барут“ за разлика от известния черен, или димен, барут. За кратко време европейските държави усвояват производството и употребата на бездимни барути. Оръжейните фирми веднага отговарят с произвеждане на нови системи огнестрелни оръжия, пригодени за използването на няколко пъти по-мощния барут. В последните години на XIX и началото на XX век се появяват много разновидности на бездимния барут, които се различават по своите качества и възможности за употреба. Те вече се правят с различни характеристики за различни стрелкови системи. Развитието на химията, физиката, механиката, термодинамиката и други дисциплини дава силен тласък на тази сфера на човешката дейност. Но както всяко откритие, и тяхното производство било дълъг и труден процес, свързан с решаването на многобройни проблеми от технологичен, суровинен и субективен характер.