サムネイル|黒色火薬 黒色火薬（こくしょくかやく 、）は、酸化剤である硝酸カリウム（硝石）と燃料である木炭と燃焼促進剤である硫黄の混合物からなる火薬の一種である。この3成分の配合比率は品種によって異なり、硫黄を含まない2成分黒色火薬もある。反応時にはかなり大量の火薬滓と白煙を発生させる。
歴史 最古の火薬であり、中国で唐王朝の時代には発明されたといわれている。四大発明（紙、印刷術、火薬、羅針盤）の一つである。いずれもルネサンス期ごろまでにヨーロッパに伝えられ、実用化された。
発明 黒色火薬は不老不死の神仙になるための丹薬製造（錬丹術）の過程で偶然発見されたとされる「世界を変えた火薬の歴史」ｐ26-27 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。黒色火薬発明以前の錬丹術の書には硝石と硫黄の混合に関する記述が見られ、650年ごろに唐の孫思邈はこれにサイカチの実を加える処方を記述している。これは配合こそ違うものの黒色火薬の原料・製法と同じであり、ここから徐々に火薬の発明につながっていったと考えられている「世界を変えた火薬の歴史」ｐ28 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。また、中国では黒色火薬の成分の一つである硝酸カリウムが天然に産出されるが、これは世界中でも限られた地域にしか存在しないものであり、火薬発明につながったとされる。
火薬の発明の時期については諸説あるものの、おおよそ800年から850年ごろに発明されたとみられている「世界を変えた火薬の歴史」ｐ28-29 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。1044年には軍用としての黒色火薬類似の配合組成の記述が中国の北宋政府編集の「武経総要」に現れているが、この時の配合は硝石が50％、硫黄と木炭が残り50％とされており、爆発物としては使用できなかったと考えられている「世界を変えた火薬の歴史」ｐ38 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。このため兵器としてはまず火矢（火箭）に用いられ、次いで槍の先端に火薬の入った容器を縛り付けた火炎放射器である火槍が開発された「世界を変えた火薬の歴史」ｐ44-48 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。その後徐々に硝石の割合が高められ、それに伴い爆発力が増加して、13世紀前半にはごく初期の爆弾である「震天雷」が開発され、第二次対金戦争やモンゴル・南宋戦争で用いられたのち、1274年の元寇の際には元軍が鎌倉幕府軍に対しこれを使用している「世界を変えた火薬の歴史」ｐ52-53 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。また北宋末期には、それまで竹を火に投じていた爆竹に火薬が用いられるようになり、各種の花火も開発されるようになった「中国火薬史 黒色火薬の発明と爆竹の変遷」ｐ106-111 岡田登 汲古書院 2006年8月31日発行。1225年には地老鼠、すなわちねずみ花火が王宮で宴会の際用いられたと記録されている「中国火薬史 黒色火薬の発明と爆竹の変遷」ｐ134 岡田登 汲古書院 2006年8月31日発行。
宋代には初期のロケットが開発されたと考えられており「世界を変えた火薬の歴史」ｐ62-64 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行、同時期に砲も開発されていた「世界を変えた火薬の歴史」ｐ68-73 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。
伝播 中国で発明された火薬は、13世紀にユーラシア大陸の東西に跨がり、ユーラシア大陸西端部へ侵攻したモンゴル帝国により、イスラム世界とヨーロッパに伝播するが、ヨーロッパへの伝播に関しては詳しい経路が判明していない。1267年にロジャー・ベーコンが著した『』では火薬についての言及がみられるが、製法は木炭・硝石・硫黄を混合することしか判明しておらず、実用性はなかったと考えられている「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ75 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行「世界を変えた火薬の歴史」ｐ79-80 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。いずれにせよ、1270年から1280年ごろにはムスリム技術者を通して火薬及び火薬兵器の技術がモンゴルからイスラム世界に伝播しており「世界を変えた火薬の歴史」ｐ80-82 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行、1300年ごろにはヨーロッパにも火薬の製法が伝播したと考えられている「世界を変えた火薬の歴史」ｐ112 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。火薬兵器の普及は急速であり、1320年代には大砲がヨーロッパ各地で使用されるようになっていた「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ77 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。
初期の火薬の配合は安定しておらず、中国では14世紀以前、ヨーロッパでは16世紀までの記録では配合比率にぶれがみられるが、ヨーロッパでは17世紀には硝石の比率が75％でほぼ安定するようになった「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ75-76 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。これは中国でも同様で、硝石1斤・硫黄2両・木炭3両、すなわち硝石76％・硫黄10％・木炭14％にほぼ落ち着いた「花火の科学と技術」ｐ4 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行。日本でも、花火師は硝石77％・硫黄8％・木炭15％での配合を行っていた「火薬のはなし」ｐ98 松永猛裕 講談社 2014年8月20日第1刷発行。
ヨーロッパにおいては火薬の原料のうち木炭と硫黄は十分に供給されていたが、硝石は微量にしか発見されず「世界を変えた火薬の歴史」ｐ113-114 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行、ほとんどを輸入に頼っていた「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ76 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。1340年ごろからヨーロッパ各地で作硝丘による硝石製造が始まったことでボトルネックが解消され、火薬価格の低落をもたらした「世界を変えた火薬の歴史」ｐ115 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。しかしこの方法で製造された硝石には硝酸カリウムのほか、硝酸ナトリウム・硝酸カルシウム・硝酸マグネシウムが大量に含まれており、爆発力に問題はなかったものの吸湿性が非常に高かったため急速に劣化した「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ126-127 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。
これを避けるために、14世紀には戦場で使用する直前に原料を混合してその場で火薬を製造することも行われたが「世界を変えた火薬の歴史」ｐ115-116 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行、やがていったん火薬を湿らせてペースト状にし、それを乾かしたのち小さな粒に砕いて使用する、いわゆるコーニング (火薬)（粒状化）が編み出された。この方法では火薬の劣化を遅らせることができたほか、粉末の火薬に比べ爆発力が強力となる効果があり、1420年ごろまでには広く使用されるようになった「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ116-122 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。一方でこの初期粒火薬は安定性に欠けるうえ当時の銃砲に対しては爆発力が強力すぎ、砲身の破裂も珍しくなかったため、しばしば硝石の配合を減らして爆発力を低下させる処方が見られた「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ144-145 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。なお、硝石・硫黄・木炭の粒子は比重が近く、輸送中などに分離する可能性は低かったため、当時の文献に成分分離による劣化への不満の記述は見られず、これが火薬を粒化した要因ではないとみられている「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ121 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。
やがて木灰を使用して硝石から硝酸カルシウムと硝酸マグネシウムを取り除く方法が開発され、火薬の吸湿性はやや改善されたものの、硝酸ナトリウムの除去はこの方法でも不可能だった「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ127-128 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。一方、粒状化はさらに進展し、遅くとも1540年ごろまでには火薬ペーストを一定の大きさの穴の開いた板などに押し付け、火薬の粒の大きさをいくつかのサイズに揃える方法が編み出され、これによって火薬の表面が滑らかになって安定性が増すとともに、銃砲の種類に合わせた火薬の生産が可能になった「火器の誕生とヨーロッパの戦争」ｐ161-164 バート・Ｓ・ホール著 市場泰男訳 平凡社 1999年11月20日初版第1刷発行。
日本への黒色火薬の伝来は鉄砲伝来と同時であり、1543年(天文12年)に種子島に漂着したポルトガル人から種子島時堯が家臣の篠川小四郎に「搗篩・和合の法」とよばれる黒色火薬の製造法を学ばせたことで製法も同時に伝わることになった「花火 火の芸術」ｐ15-19 小勝郷右 岩波新書 1983年7月20日第1刷発行。しかし日本でもヨーロッパと同様、硫黄と木炭の供給に問題はなかったが硝石が不足しており、主に明や東南アジアからの輸入に頼っていた「戦国日本の軍事革命」ｐ13-14 藤田達生 中公新書 2022年3月25日発行。やがて、五箇山の合掌造り集落などで生産が行われるようになった「火薬のはなし」ｐ98-99 松永猛裕 講談社 2014年8月20日第1刷発行。
15世紀にはヨーロッパにおいて花火の利用が始まり、祝典の際に広く利用されるようになった「世界を変えた火薬の歴史」ｐ245-250 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。ただし当初は金属粉を混ぜず黒色火薬のみを利用していたため暗橙色のみのものであり、炎色反応による多彩な発色は1780年代の塩素酸カリウムの発見と19世紀の各種金属の利用を待たねばならなかった「花火の科学と技術」ｐ4-5 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行。採掘や土木工事の際の発破としての利用も中国やヨーロッパにおいて見られたものの、高価で信頼性が低いうえ非常に危険だったため、特に閉鎖環境である坑道での利用は避けられる傾向にあった「世界を変えた火薬の歴史」ｐ251-253 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。
黒色火薬は17世紀の適正配合の発見以来、19世紀中ごろまでほぼ技術革新が停止していた。しかし19世紀中盤になるとニトログリセリンやニトロセルロースといった強力な爆発を起こす物質が発見され、これを利用したダイナマイトやゼリグナイトといった安全な爆薬も開発されて、軍用や産業用の爆発物の主流は黒色火薬ではなくなった「世界を変えた火薬の歴史」ｐ262-266 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行。これらは強力すぎたため、火器の発射用として黒色火薬はいまだ使用されていたが、大量に発生する煙が問題視され、19世紀末には無煙火薬が発明されて黒色火薬にとってかわり「世界を変えた火薬の歴史」ｐ266-268 クライヴ・ポンティング著 伊藤綺訳 原書房 2013年4月30日初版第1刷発行、これ以降軍事用途ではあまり使用されなくなっている「火の科学 エネルギー・神・鉄から錬金術まで」p71 西野順也 築地書館 2017年3月3日初版発行。
日本では20世紀中盤以降は専ら花火の装薬、導火線や採石「花火の科学と技術」ｐ5 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行、消防士や消防団員が用いる信号拳銃（索投銃）、あるいは火縄銃の実演射撃に用いられる程度となっており、銃器用途での使用は極度に減少している。朝日新聞（1988年3月15日付朝刊）が日本の警察の捜査資料を通じて報じたところでは、赤報隊事件が発生した1980年代末の時点で全国の猟銃所持者約20万人のうち、火縄銃や村田銃を用いているとみられる猟用黒色火薬購入者は、全国でも約300人（0.15%程度）にまで減少していた。一方、花火の打ち上げ用火薬には無煙火薬が適さないため、現代でも黒色小粒火薬が用いられる「花火の科学と技術」ｐ122 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行。また、導火線にも黒色粉状火薬が用いられている「花火の科学と技術」ｐ123 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行。
種類 標準的な比率（化学量論的組成比）は、質量比で、硝酸カリウム：木炭：硫黄＝75：15：10。 +種類 種類 硝酸カリウム(%) 木炭(%) 硫黄(%) 粒の直径・性状 用途 黒色粉火薬 58 - 70 10 - 20 16 - 26 0.1mm以下、微粉末状 導火線 黒色鉱山火薬 65 - 70 10 - 20 10 - 20 3 - 7mmの球状、黒鉛光沢 砕石 狩猟用黒色火薬 73 - 79 10 - 17 8 - 12 0.4 - 1.2mm以下、黒鉛光沢 狩猟 黒色小粒火薬 73 - 79 10 - 17 8 - 12 0.4 - 1.2mm以下、黒鉛光沢なし 煙火
性質 黒色火薬は化学的に安定していて自然分解の心配がなく、点火は容易で、乾燥した環境の場合は永年の貯蔵に耐える「花火の科学と技術」ｐ84 丁大玉・吉田忠雄 プレアデス出版 2013年5月2日第1版第1刷発行。
なお、玩具用花火に使用されている火薬は硝酸カリウムの代わりに過塩素酸カリウムが使われているものが多く、過塩素酸カリウムは吸湿性が高いため、湿度の高い環境下で保管すると花火は湿気を吸収してしまう。また硝酸カリウムの代わりに硝酸ナトリウム（チリ硝石）を使用した場合も同様であるが、厳密には硝酸カリウム以外の酸化剤を使用したものは黒色火薬には分類されない。
黒色火薬に含まれている硫黄は着火温度を下げ、炎を大きくし、ガス発生量を増す作用があるが、特に反応の途中で生成される硫化水素や酸化窒素の触媒効果によって、有害な一酸化炭素や青酸ガスの生成をおさえる作用がある。
炎に対して敏感で、衝撃や摩擦、静電気、火花に対しても敏感である。燃焼速度は混合比や粒の大きさなどの条件によって大きく異なり5cm/s - 400cm/sまでと幅広く、爆発熱は約3MJ/kg(700 - 750kcal/kg)。
黒色火薬の燃焼は以下の反応で行われると推定されている瀧本真徳、硫黄と私たちの生活(身近な元素の世界) 化学と教育 2014年 62巻 1号 p.30-33, 。 2KNO3 + S + 3C -> K2S + N2 + 3CO2 10KNO3 + 3S + 8C -> 2K2CO3 + 3K2SO4 + 6CO2 + 5N2
爆発すると、固体物質が約55%、気体が約45%、発生する。
よく「硝煙の臭い」などと表現される臭いは硫化カリウムが空気と反応して出来た硫化水素などのイオウ化合物の臭いである。このため、黒色火薬時代の大砲などの砲煙を吸い込むと中毒症状が出ることが多かった。なお、黒色火薬の黒色とは、木炭を混ぜたパウダーの色に由来するもので反応煙の色ではない。爆発時に黒煙は出さず、実際の煙は白色である「火薬と爆薬の化学」ｐ28 テニー・デービス著 姉川愼一・細谷文夫訳 東海大学出版会 2006年3月20日第1版第1刷発行。
脚注
注釈
出典
関連項目 コーニング (火薬) マスケット銃 導火線 モデルロケット（黒色火薬やコンポジット推進薬を使用した模型ロケット） 褐色火薬、無煙火薬 花火 午後の死 - かつては黒色火薬をシャンパンで割ったカクテルだったという誤解が広まっている
外部リンク 板垣英治、「五箇山の塩硝」 大学教育開放センター紀要 (1998) 第18号, p.31-42,