Das im Knall der Feuerwerkskörper verborgene „Geheimrezept“: „75 % Salpeter“ schreibt die Geschichte der Erfindung des Schießpulvers neu

Wenn das Frühlingsfest näher rückt, denken die Menschen immer an Wang Anshis berühmtes Gedicht „Neujahrstag“: Ein Jahr ist mit dem Klang von Feuerwerkskörpern vergangen und die Frühlingsbrise bringt Wärme nach Tusu. Am Neujahrstag werden in jedem Haushalt die alten Anhänger durch neue ersetzt. Tatsächlich verbirgt sich hinter dem Geräusch der Feuerwerkskörper auch das chemische „Geheimrezept“, in dem die Weisheit der alten chinesischen Arbeiter kristallisiert ist.

Zünden von Knallkörpern während des Frühlingsfestes (Urheberrecht des Bildes aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

01Eine kurze Geschichte der Entwicklung von Feuerwerkskörpern

Im alten China arbeiteten die Menschen das ganze Jahr über und es gab keine Gottesdienste wie im Westen. Aus diesem Grund gab es während der Tang- und Song-Dynastien viele Volksfeste, die für die arbeitende Bevölkerung die wichtigste Zeit zum Ausruhen und Entspannen darstellten. Die westliche Kultur ist gottzentriert. Wenn der Sonntag kommt, weigern sich die Menschen zu arbeiten und betonen, dass Gott und die Menschen gemeinsam ruhen sollten. Die östliche Kultur ist menschenzentriert. Der Zweck der Feiertage besteht darin, den Menschen eine Ruhepause zu gönnen, nicht Gott. Die Erfindung des Feuerwerkskörpers ist wahrscheinlich ein Mittel, mit dem die Menschen den Göttern Ärger bereiten. Außer dem Zünden von Knallkörpern während des Frühlingsfestes, um sich vom Alten zu verabschieden und das Neue einzuläuten, zünden die Menschen auch bei großen Festen und Feierlichkeiten Knallkörper, um zu feiern und Glück zu wünschen. Dazu gehören beispielsweise das Laternenfest, das Drachenbootfest, das Mittherbstfest, Hochzeiten, Hausbau- und Geschäftseröffnungen.

Im „Jingchu Sui Shi Ji“ aus der Zeit der Nord- und Süddynastien heißt es: Am ersten Tag des ersten Mondmonats stehen die Menschen beim Krähen der Hähne auf und zünden im Hof ​​Knallkörper, um böse Geister aus den Bergen zu vertreiben. Dem „Shenyijing“ der Han-Dynastie zufolge entzündeten die Menschen im Altertum nachts Freudenfeuer, wenn sie durch die Berge zogen, um zu kochen, sich warm zu halten und um Angriffe wilder Tiere abzuwehren. Allerdings gibt es in den Bergen ein Tier, das weder vor Menschen noch vor Feuer Angst hat und oft Nahrung stiehlt, wenn die Menschen nicht aufpassen. Um dieses Tier zu bekämpfen, dachten die Menschen daran, Knallkörper ins Feuer zu werfen und es durch das Knistern in die Ferne zu treiben. Das hier erwähnte Tier heißt „Shansao“. Die Alten sagten, dass es bei den Menschen zu Kälte- und Hitzegefühlen führen kann und dass es der Geist ist, der bei den Menschen für Erkältung und Fieber sorgt. Es kann die Berggeister vertreiben, also die Pest vertreiben, sodass Glück und Frieden erreicht werden können.

Beschreibung von Shansao in Shen Yi Jing (Bildquelle: Screenshot aus Bilibili-Video)

Zu Beginn der Tang-Dynastie brach die Pest aus. Li Ting, gebürtig aus dem Kreis Liling in der Provinz Hunan, füllte Salpeter in ein Bambusrohr und zündete es an, um ein lauteres Geräusch zu erzeugen und dichteren Rauch zu produzieren. Dadurch zerstreute er das Bergmiasma und stoppte die Epidemie. Dies ist der erste Prototyp eines mit Schießpulver geladenen Feuerwerkskörpers . Später, als es Schießpulver gab, füllten die Menschen Salpeter, Schwefel, Holzkohle usw. in Bambusrohre und verbrannten sie, wodurch „Knallkörper“ entstanden . In der Song-Dynastie begann man damit, Schießpulver in Papierröhren und Hanfstängel einzuwickeln und daraus Schnüre zu flechten, um daraus „ Bianpao “ ( also Knallkörper ) herzustellen.

Zur Entwicklung der Knallkörper ist in der „Populären Sammlung Paiyou“ der Qing-Dynastie Folgendes zu lesen: „Früher wurden Knallkörper aus echtem Bambus hergestellt und angezündet, weshalb die Tang-Dichter sie auch ‚Sprengstangen‘ nannten. Spätere Generationen fertigten sie aus gerolltem Papier und nannten sie ‚Knallkörper‘. Das Knallen von Knallkörpern ist ein Zeichen des Abschieds vom Alten und des Willkommens zum Neuen und ein Ausdruck festlicher Stimmung. Das Knallen von Knallkörpern während des Frühlingsfestes trägt auch zur festlichen Atmosphäre des neuen Jahres bei.“

02 Schießpulver: Die „Seele“ der Knallkörperherstellung

Seitdem Joseph Needham die vier großen Erfindungen Chinas vorschlug, ist Schießpulver im In- und Ausland als eine der vier großen Erfindungen berühmt geworden. Der Hauptbestandteil von Knallkörpern ist Schwarzpulver , das Schwefel, Holzkohlepulver, Kaliumnitrat und teilweise auch Kaliumchlorat enthält und außen in starkes Papier eingewickelt ist. Die Wirkung von Knallkörpern hängt maßgeblich vom Verhältnis der verschiedenen Inhaltsstoffe und der Festigkeit des äußeren Umhüllungsmaterials ab . Aus der Sicht der Brandwissenschaft ist Schießpulver ein Brennstoff, der sein eigenes Oxidationsmittel enthält. Es kann direkt mit festem Brennstoff reagieren und ein Gasprodukt bilden, ohne dass Sauerstoff benötigt wird. Dadurch wird der Prozess vermieden, bei dem gewöhnlicher Kraftstoff zunächst gasförmigen Kraftstoff freisetzen und sich dann entzünden und verbrennen muss. Daher geschieht dies relativ schnell, wobei sich sein Volumen nahezu augenblicklich um etwa das Tausendfache vergrößert. Wenn das Verpackungsmaterial jedoch nicht stark genug ist, verlängert sich die Reaktionszeit und das Knallgeräusch wird reduziert .

Kaliumnitrat (Copyright-Bild aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Damit ein Feuer entstehen kann, muss die Wärme auf die Oberfläche des festen Brennstoffs übertragen werden, um den gasförmigen Brennstoff freizusetzen, der sich dann entzündet und wieder zur Brennstoffoberfläche zurückströmt, bis eine stabile Verbrennungsreaktion einsetzt. Die Verbrennungsgeschwindigkeit hängt von der Geschwindigkeit ab, mit der Sauerstoff in den gasförmigen Brennstoff eindringt. Schnelles Eindringen bedeutet schnelle Reaktion. Beispielsweise ist ein Feuer in einer hyperbaren Sauerstoffkammer sehr gefährlich, da der Sauerstoff für eine beschleunigte Verbrennung sorgt. Die Erfindung des Schießpulvers besteht darin, Oxidationsmittel und Brennstoff zusammenzubringen und so die Geschwindigkeitsbeschränkung der chemischen Reaktion aufzuheben. So kann augenblicklich Druck erzeugt werden, um Munition (wie Feuerwaffen) oder Explosionen (wie Knallkörper) anzutreiben.

Damit Knallkörper die gewünschte Wirkung erzielen, muss zunächst das Verhältnis von Brennstoff zu Oxidationsmittel stimmen und es darf kein überschüssiges Material vorhanden sein. Bei einem Überschuss an Oxidationsmittel oder Brennstoff absorbiert dieser Wärme, ohne selbst etwas beizutragen, sodass die Energiefreisetzung reduziert wird. Zweitens muss es fest gewickelt sein, um die erwartete Sprengkraft zu erzeugen. Ohne Verpackung (Regeln) brennen Knallkörper einfach nur schnell ab und es entsteht kein umwerfender Knalleffekt. Und schließlich: Bleiben Sie trocken. Wasser ist das praktischste Flammschutzmittel. Bei Kontakt mit Wasser erlischt das Schießpulver oder kann überhaupt nicht entzündet werden.

03Beweisgewinnung in der Schießpulverformel

Durch seine Forschungen zur gesamten Geschichte des Schießpulvers kam Dr. Joseph Needham zu dem Schluss, dass der Salpetergehalt im Schießpulver allmählich zunahm. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Verhältnisse von Salpeter, Schwefel und Holzkohle zu Beginn gleich waren oder der Salpeteranteil sogar geringer war. Später wurde die Kraft des Schießpulvers stärker und die Brenngeschwindigkeit immer schneller. Schließlich wurde der Salpetergehalt schrittweise auf 75 % bzw. 80 % erhöht. Dies ist die theoretisch optimale Zahl.

Um dies zu beweisen, überzeugten er und seine Mitarbeiter das britische Royal Armaments Development Board, speziell Schießpulver mit einem Nitratgehalt zwischen 20 und 90 Prozent herzustellen. Anschließend gingen sie zum Fort Healthstead in Kent, wo sich das Forschungsinstitut befand, und zündeten das Schießpulver Stück für Stück an, um die Explosionswirkung zu beobachten und den Evolutionstrend in den alten Büchern zu überprüfen.

Joseph Needham gelang es, die verschiedenen Bestandteile des Schießpulvers, die in historischen Dokumenten verzeichnet sind, zu sortieren und Diagramme für vergleichende Beobachtungen zu verwenden. Aus dem „Wujing Zongyao“ der Song-Dynastie, dem „Huolongjing“ der Ming-Dynastie und früheren chinesischen antiken Büchern vor dem 14. und 15. Jahrhundert geht hervor , dass die Gleichgewichtspunkte der Bestandteile Salpeter, Schwefel und Holzkohle über die ganze Tabelle verstreut waren, was darauf hindeutet, dass zu dieser Zeit noch verschiedene Formeln getestet wurden und sich auch spätere Formeln um einen Salpeteranteil (Oxidationsmittel) von etwa 75 % drehten .

Aus frühen arabischen und europäischen Aufzeichnungen geht hervor, dass dieser Gleichgewichtspunkt immer in der Nähe der Mitte konzentriert war, wo der Salpetergehalt 75 % betrug. Es scheint, dass Araber und Europäer von Anfang an wussten, wie man das beste Schießpulver herstellt. Dies zeigt, dass Schießpulver aus China in den Westen eingeführt wurde. Zur gleichen Zeit, als das Wissen über Schießpulver in Europa eingeführt wurde, wurde auch das Wissen über die Grundformel in Europa eingeführt . Im Westen wusste man vor dem 13. Jahrhundert nicht, was Salpeter war, doch in Chinas „Grundlagen des wahren Yuan und des geheimnisvollen Dao“, die bereits im Jahr 850 veröffentlicht wurden, wird die Verwendung von Salpeter, Schwefel und Holzkohle zur Herstellung einer Schießpulvermischung beschrieben. Das „Wujing Zongyao“ aus dem Jahr 1044 enthielt die erste Formel für militärisches Schießpulver. Dr. Joseph Needham verwendete ein strenges experimentelles Design, um den ursprünglichen Herstellungs- und Entwicklungsprozess des Schießpulvers durch die alten Chinesen zu beweisen. Dieser Prozess ist es wert, von zukünftigen Generationen gelernt und als Referenz herangezogen zu werden.

Bronzenes Feuergewehr aus der Yuan-Dynastie im Nationalmuseum von China (Copyright-Bild aus der Galerie, Nachdruck kann zu Urheberrechtsstreitigkeiten führen)

Wie das Sprichwort sagt, endet ein Jahr mit dem Klang von Feuerwerkskörpern, aber hüte dich vor Feuer an allen Orten der Freude; Oxidierende Brennstoffe sind gefährlich, also vergessen Sie beim Feiern nicht die Sicherheit. Mit dem nahenden Frühlingsfest wurden im ganzen Land Maßnahmen zur Kontrolle von Feuerwerkskörpern und Knallkörpern eingeführt. Um ein sicheres und fröhliches Frühlingsfest zu verbringen, muss sich jeder strikt an die örtlichen Kontrollrichtlinien halten . Abschließend wünsche ich Ihnen allen viel Glück im Jahr des Drachen und alles Gute.

Autor: Ma Tingguang, Außerordentlicher Professor, Fakultät für Städtebau und Sicherheitstechnik, Technische Universität Shanghai

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