HISTÓRIA DA PÓLVORA by Enciclopédia de La Pirotecnia Luis Borca
A mais antiga das matérias explosivas é, sem dúvida, a pólvora.
Um explosivo é uma mistura ou um material gasoso, liquido ou sólido, com capacidade de trocar em forma rápida o seu estado a gás ou vapor (em geral). Durante essa troca é aquecido em altas temperaturas combinando em si mesmo todos os princípios para detonar é iniciado com um estímulo adequado.
Pode ser uma mistura de substâncias ou um elemento químico que a causa de sua natureza pode uma modificação.
Um explosivo libera energia, principalmente como calor e luz. A energia total contida por um explosivo pode ser menor que a de um não explosivo. Possui em si mesmo todos os elementos e condições físicas necessárias para possibilitar seu trabalho, que de fato arderá no vazio.
Os explosivos mais práticos são os sólidos e os líquidos. Alguns necessitam ser confinados ou requerem condições especiais para poder funcionar adequadamente. A pólvora de canhão foi o primeiro mais sucedido, usado durante os séculos: a mistura de salitre, carvão de lenha e enxofre cuja fórmula pode dar-se por terminada desde o ano 1.300, com a aparição dos canhões que deram começo ao uso da pólvora como agente explosivo. Antes era somente utilizada como meio de inflamação. Sua fórmula, sem substituições se manteve vigente: quem sabe seja o único produto com iguais ingredientes, igual proporção e iguais processos de fabricação. Isso faz da pólvora uma matéria quase igual, baseada em produtos abundantes, custo baixo, de baixa toxidade e ambientalmente seguros. Bem recentemente os conhecimentos necessários levaram a descobrir o desenvolvimento de outros materiais que, se bem que foram conhecidos faz muito tempo e não foram utilizados para esses fins: somente alguns teriam as propriedades práticas da pólvora negra, a dinamite ou as gelatinas explosivas nas em mineradoras ou a pólvora sem fumaça para armas. Outros eram em demasiado perigosos pelos riscos que implica simplesmente movê-los devido a sua instabilidade, como a nitroglicerina.
A primeira referencia literária sobre os explosivos foi feita por Marcus Graecus (Marcos o Grego), lá pelos anos de 700 d. C., em seu livro “Líber Ignium et Comburendos Hostes” citado por um físico árabe Mesue no século IX e que a nós chegou pela obra Höefer: História da Química (Paris 1.866). A obra de Marcus Graecus é uma recopilação do conhecimento da época, pelo que podemos deduzir que a pólvora era bem conhecida então.
Nessa obra são citadas diversas formas de produzir detonações, de seu uso como método de defesa contra o inimigo, assim como de outros compostos para produzir foguetes e truenos. Um dos temas que desenvolve é o da seleção do carvão de lenha que deve usar e que atualmente é o melhor dos conhecidos: o carvão de salgueiro. Descreve também a forma de elaborar a pólvora.
1 libra de enxofre
* - libra – unidade de medida de massa, igual a 0,453592237 kg
Moendo estas substâncias obtém-se um fino pó com o qual pode encher um envase ou algo que o envolva para poder voar (para um foguete) ou fazer um forte som (ou “trovão’”.). O envase para o foguete sugeria que fosse largo e apertado, entretanto que o do trovão deve ser folgado e curto, deixando em ambos uma pequena abertura para por ela introduzir o fogo.
Alguns autores têm citado como antecedentes da pólvora os “fogos gregos” (fogo capaz de arder em água, inventado pelos gregos bizantinos no séc. VII), mas isso é um erro já que sua composição é de distinta natureza: tratava-se de substâncias combustíveis, não explosivas, que catapultas sobre o mar ou sobre botes inimigos ardiam, incendiando-os.
É bem difícil se ter evidência concreta, é altamente provável que a pólvora negra foi usada tanto na Índia quanto na China antes do século VIII, já que os escritos taoístas a nomeiam 1.
Há neles referências a foguetes, alguns de tamanho considerável, usados na Índia antes da compilação de Marcus Graecus, assim como que as misturas de pólvora eram conhecidas na China desde épocas anteriores. Em ambas as regiões a qualidade do salitre e a possibilidade de elaborar estavam dadas: em uma época que a chamou de “nova China” e seu conhecimento pode ter sido levado ao Leste pelos Mongóis.
É provável, assim mesmo, que pelo grau de desenvolvimento científico alcançado pelos árabes no século VIII haja surgido o texto onde pela primeira vez aparece uma clara identificação do salitre e é feita pelo árabe-espanhol Abd Allah ibn al-Baythar, escrita em Damasco (1.240). Nessa mesma época a leste da Inglaterra se encontra notícia de contato com a pólvora: a obra de Roger Bacon.
Bacon, cujo anagrama não foi completamente decifrado até 1.904, referia-se aos ingredientes, proporções e métodos de elaboração da pólvora, mas não fala dela como se fora um secreto nem uma novidade, mas sua reticência a difundi-la por outros canais, seu discurso é claro nesse tema: ...” a multidão é incapaz de digerir os feitos científicos. ()... então não deixem que atirem pérolas aos porcos”.
Walter de Milemete em “De officiis Regum” (1.325, Biblioteca Christ Church College, Oxford) nos mostra uma imagem de um canhão. Um guerreiro, com um estopim acesso no extremo com uma tocha que está levando fogo a um canhão de formas arredondadas, do qual pela boca sai uma espécie flecha das do tipo que são utilizadas nas bestas e que aponta para a porta de entrada de um edifício fortificado. As flechas ou lanças contavam com um quadro que se acendia na parte posterior. Este impedia a saída dos gases gerados pela combustão. Projéteis desse tipo foram usados por cerca de 250 anos antes de serem trocados por rochas e mais tarde por bolas de metal. As flechas projéteis, em sua forma mais evoluída, os mísseis, foram re-utilizados durante a Segunda Guerra Mundial. Os primitivos feitos de madeira ou, quando os métodos de fundição permitiam, de bronze e de ferro.
Aquela pólvora primitiva se adaptava a diversos usos: alguns a introduziram em um tubo não combustível com um dos lados aberto, formando um foguete. O brilhante escoar de gases quentes que produzia ao arder, o conteúdo progressivamente fazia que o tubo se desplazara produzindo um espetacular despliegue possivelmente mortal para o inimigo. Em condições de confinamento a pólvora se queima relativamente devagar. Se o envoltório que contém é mais amplo, está bem fechado e a ignição se realiza através de uma pequena abertura, detona produzindo um impulso de pressão e enrarecimento do ar produzindo um estalo. Foram nos primitivos “trovões artificiais” onde as condições necessárias para fazer detonar a pólvora de canhão foram descobertas. A pólvora inicialmente acendida em um espaço fechado arde lentamente produzindo de alta temperatura que não pode escapar. Isso faz com que aumente a pressão interna, razão pela qual a pólvora restante arde mais rapidamente, aumentando a pressão até que o recipiente não suporta mais e estoura. Esta série de feitos ocorre tão rápido que nem parecem simultâneos.
O passar dos séculos influenciou muito pouco na composição da pólvora; desde sua origem na Índia ou China, seu passar pelos povos árabes até seu redescobrimento na Europa passaram mil anos, mas sua composição seguiu com base nos mesmos elementos: salitre, carvão de lenha e enxofre.
“Provavelmente a descrição mais apropriada das funções dos três elementos é a dada por John Bate em “The Misteries of Nature and Art”, (Os mistérios da Natureza e da arte) publicado no século XVII em Londres: ”O salitre é a alma, o enxofre a vida e o carvão seu corpo”.
O Salitre
é seu componente principal, conhecido atualmente como Nitrato de potássio (NKO3). Tem um peso específico de 2.1, ponto de fusão 336ºC (menor quando faz parte de uma mistura). Forma cristais transparentes e tem propriedades instáveis. Ao aquecer-se se quebra e se há presença de um combustível, o oxigênio tomado da nitro, pode combinar-se com ele e causar uma detonação. Uma vez iniciado o processo da mistura, a conflagração pode espalhar-se por toda a massa, e se está fechada pode explodir.
O nitrato de potássio por suas propriedades oxidantes conduz à pólvora o oxigênio necessário para a combustão.
O processo pirotécnico não se diferencia de uma combustão ordinária, basicamente consta de uma fonte de oxigênio (oxidante ou comburente) e um combustível (agente redutor) que submetidos ao calor provocam uma reação de oxidação-redução, ou transferência de elétrons. O combustível aporta átomos ao oxidante, enlaçados com os deste se liberam e formam um produto de reação mais instável que os originais, razão pela qual se libera calor (energia).
A evolução da pólvora é por momentos confusa pela definição imprecisa das propriedades e das denominações dadas aos elementos em tempos remotos, particularmente ao nitrato de potássio, chamado primitivamente salitre ou sal de rocha ou N’trum para os árabes e posteriormente natrón, nitrum ou nitrón. O problema é que estes dois últimos términos se usam para denominar duas substâncias distintas, uma é o nitrato de potássio ao que estamos nos referindo e outra ao carbonato de sódio; NaCO3.10H2O onde aparece o símbolo Na, de natrón, para o elemento sódio.
Ambos resultam de materiais contidos na terra, dissolvidos em água, que emergem na superfície onde a água evapora por ação do sol deixando uma eflorescência de sal. O carbonato de sódio aparece em áreas onde pode formar-se por um processo de mineralização e o composto é conhecido como natrón. O nitrato de potássio, que pode ser encontrado em forma similar, tem uma origem distinta: a decomposição e dejetos orgânicos. Requer a mesma condição de calor e sequidão para formar as incrustações superficiais.
O salitre em seu estado natural é muito impuro e requer um tratamento antes de ser usado para a elaboração da pólvora. Os locais onde naturalmente têm melhores condições são: Israel, Egito, Arábia, Pérsia, Espanha, Índia e China.
Os primeiros fabricantes ingleses importavam o salitre especialmente da Espanha, mas problemas políticos entre ambas as nações levaram a produzi-lo em seu território a partir de excrementos humanos e animais, pelo que foi considerada insalubre essa atividade.
Essa era a mesma fonte das terras ricas em nitratos, mas posterior tratamento era o dificultoso. Para o aporte do potássio eram necessárias cinzas de madeira. Pronto os salitreiros chocaram com os fabricantes de sabão. Ambos necessitavam cinzas para formar nitrato de potássio. A disputa finalmente chegou às autoridades, quem denominaram que o sabão não era tão importante.
O Enxofre
facilita a combustão da pólvora, em estado natural funde aos 115º C e queima aos 250º C.
De cor amarela, é um elemento sólido e cristalino. Têm na conformação da pólvora duas funções: a de proporcionar a capacidade de arder e um efeito de revestimento dos demais componentes, dando como resultado uma fórmula eficiente e suave reação: o enxofre passa a uma forma coloidal baixa pressão, particularmente durante a etapa de incorporação, unindo, ligando as minúsculas partículas de salitre e de carvão. Reduz a proporção de monóxido de carbono liberado na explosão.
Nos primeiros tempos o sulfuro a partir da qual se elabora, provinha quase exclusivamente da Sicília, já que aparece em terrenos de formação vulcânica. O método consistia em amontoar os pedaços de rocha, cobri-los com cinzas e terra. Esse montículo era então acendido, parte do sulfuro ardia aquecendo o material remanescente que derretido e separado das impurezas das rochosas emergia pela boca desse “vulcão” e solidificava em áreas a seu redor.
Este material deve ser purificado, para o qual se edificaram refinarias que em um primeiro momento se concentraram nos arredores de Marsella, França. Para purificá-lo era derretido em recipientes de ferro, se movia para separá-lo das impurezas e posteriormente era colocado em bandeja com água fria. Mais tarde se utilizou o destilado, recolhendo o elemento puro ainda liquido para ser moldado em blocos.
O carvão
é o terceiro elemento e o de mais profunda influência nas propriedades da pólvora terminada. A seleção do carvão correto é fundamental.
Os antigos fabricantes o compravam ou bem o produzia a partir de madeiras de árvores plantadas ao redor de seus edifícios, o que ortogava uma atmosfera particular as paisagens que rodeavam fábricas, ao que há de agregar a necessária proximidade e algum curso de água que permitiria transportar os materiais por meios de botes. O carvão era elaborado a partir de madeira que era amontoada sobre a terra e parcialmente queimada. Cada variedade de madeira permitida ter diferentes variedades de pólvora. No século XIV se introduziram métodos de queimada mais precisos; a madeira era cortada, descascada, fragmentada e selecionada liberando-a das impurezas. Na continuação era carregada sobre cilindros de ferro e fechadas com uma coberta provista de uma série de buracos que permitiam a saída de gases. Os cilindros eram levantados a um forno onde se aqueciam ao vermelho. A madeira de sangue d´água foi muito utilizada nas primeiras épocas, mas o salgueiro se impôs rapidamente na elaboração da pólvora destinada a armas largas e mais tarde para demolição, já que descobriram então que as temperaturas e os tempos de queimada da madeira para obter um carvão tinham um considerável efeito sobre o resultado final, notando, ademais que segundo o carvão elegido podia reduzir consideravelmente quantidade de cinza residual.
Quando se havia completado o processo de queimada para o grau de pólvora que se desejava elaborar, retirava-se do fogo e depois de tapar os buracos da coberta, se esfriava com água. A carga era tirada dos cilindros e imediatamente colocada em recipientes de metal bem fechados, com uma tampa ajustada, para impedir o acesso do ar, desse procedimento dependia que a absorção do oxigênio do ar não fora tão grande como para gerar a ignição da carga.
O carvão de lenha chega desse modo a ter 65% a 90% de carvão. Uma proporção maior dificultaria a combustão.
No século XVIII a forma mais usual de elaborar a pólvora era a seguinte:
O enxofre e o carvão eram moídos individualmente em moinhos tipo farinheiros. O salitre usado tal como chegava da refinaria.
Os três ingredientes eram despojados de todas as impurezas, tais como pedras e objetos de ferro, para ser logo pesados. Fazia-se uma primeira mistura em um barril de madeira que era habitualmente girado por uma roda d´água.
As proporções tem modificado muito pouco ao longo dos anos:
Séculos VIII 1250 1560 1670 1740 1780
Salitre 66.66 41.20 50.00 71.10 75.00 75.00
Carvão de Lenha 22.22 29.40 33.33 14.30 12.50 15.00
Enxofre 11.11 29.40 16.66 14.30 12.00 10.00
Um processo simples foi incorporado. E os materiais eram moídos juntos até chegar a um pó muito fino, colocando em contato mais íntimo e conseguindo desse modo uma reação mais rápida.
O complicado processo de incorporação manual dos materiais, assim como a caída da carga dos rodillos, causavam inúmeros acidentes. Isso levou a quem a elaborava deveriam solicitar uma licença.
Os moinhos contavam com grandes discos de pedras colocados em forma vertical, que giravam sobre um mesmo eixo horizontal. A carga de pólvora se tirava sobre o eixo de pedra sobre o qual corriam as rodas. No século XIX substituíram por discos de ferro que podiam suportara até 7 toneladas. Era necessário que fosse roda de pedra sobre leito de pedra (ou roda de ferro sobre leito de ferro) para prevenir a formação de centelhas. A forma em que se encontravam os ingredientes na moenda não permitia que ardessem, já que só o fariam na presença de fogo.
O processo de pulverizado foi trocado para dar-lhe maior uniformidade. O nome de pólvora deriva da qualidade dos elementos reduzidos a pó. Quando era armazenada ou transportada separava-se por ter distintos pesos. A diferença de densidade fazia com que o enxofre e o salitre se depositassem no fundo, o que levou a busca de um procedimento para solucioná-lo. Em meados do século XV, na França começou a umedecer a mistura original, incorporando água pouco a pouco durante a mistura para formar uma pasta com a qual eram confeccionados tabletes e, logo que secassem seriam quebrados por meio de martelos de madeira, finalmente esses troços eram colocados em um barril de madeira e polidos por rotação. Aos poucos se incorporava um pouco de grafite para melhorar o brilho.
Isso dava a cada grão uma dureza e um polimento superficial que os fazia mais resistentes e facilitava a medição de volumes, de grande importância na carga de propolentes de armas. Este método continua sendo usado graças a sua segurança e limpeza.
Este tipo de pólvora resultou-se muito eficaz, já que cada um de seus grãos mantém a proporção adequada de uma mistura, ademais fazê-la menos sensível a umidade. As diferentes granulações destinavam-se a pistola, canhão ou paiol (a mais fina). Por outro lado, melhorou seu rendimento: a igual peso resultou mais potente.
Em 1.461 houve paióis na Torre de Londres e no castelo de Porchester (Inglaterra), pouco depois construíram fábricas, como a de George Evelyn, quem havia aprendido o método de fabricação em Flandes. Este moinho funcionou até 1.920.
Desde princípios do século XVII se começou a experimentar o uso da pólvora em mineradoras, tanto na Alemanha como Inglaterra. Em 1.613, Martin Weigel, o Weigold, na Saxônia, havia proposto seu uso na exploração mineira sem conseguir maior repercussão. Pouco mais tarde, em 1.627 Kaspar Weindl a utilizou com êxito nas minas reais da Hungria.
Em 1.622 Elias Montanus menciona o uso de um “instrumento quebrador” para mineradoras denominadas “pulta”: foi totalmente ineficiente e causava muito ruído. Consistia em uma bola de metal llena de pólvora negra, coberta exteriormente de algodão impregnado em breu e enxofre que era aceso e colocado na greta da rocha; um pequeno orifício conduzia a combustão à carga interior provocando seu tiro. O grosseiro do artefato, o dificultoso de sua manipulação e os perigosos troços de metal propulsados fez que seu uso fosse descartado. Seu antecedente mais provável o encontramos em Petrarca, quem em 1.344 mencionou o infernal estrondo provocado por essas “esferas de guerra”, em sua obra “De remidiis utriusque fortunae”.
Na Inglaterra está registrado o uso da pólvora, em 1.689, nas minas do estado de Cronwall.
Os bons resultados obtidos fizeram que os velhos procedimentos mineiros fossem modificados, mas, todavia apenas três séculos mais tarde poderia encontra-se explosivos tão perfeccionados que chegaram a substituir, em parte, ao menos, a pólvora negra.
Os países americanos colonizados, a partir dos fins do século XV, deveriam prover a matéria-prima que obtiveram em suas respectivas coroas. Sem embargo, a fabricação da pólvora na América se fez sem espaldas das proibições e tiveram um grande desenvolvimento durante o período gestacional de suas respectivas independências.
Um explosivo do tipo da pólvora negra necessita para detonar um estopim. Em um princípio está foi muito simples: um fio submergido em enxofre ou uma palha cheia de pólvora negra muito fina. Em 1.831, Willian Bickford inventa e fabrica na Inglaterra o estopim de segurança que leva seu nome. Estava formada por um fio de juta retorcido que formava uma envoltura ao redor de um núcleo de pólvora negra.
Este adianto foi utilizado nas minas do estado de Cornwall.
Sua eficácia fez que Richard Bacon importasse para os E.E.U.U. este estopim para utilizá-lo nas minas de cobre de Simbury, primeira mina explodida com pólvora em seu país. Ali, com a elaboração dos mineiros alemães já se havia experimentado entre 1.712 e 1.739 a demolição com pólvora negra.
Pouco tempo depois Bacon e Bickford se associavam dando origem a empresa que, com distintas denominações chega a nossos dias fabricando, entre outros: cordão detonante, estopins de segurança.
Apenas iniciado o século XX, nos E.E.U.U., Eleuthere Du Pont começava a fabricar comercialmente pólvora negra de grande qualidade baseada na fórmula histórica. Sua busca por novos produtos o havia levado, já em 1.857, a substituir o nitrato de potássio pelo nitrato de sódio proveniente do Chile, a preços mais convenientes.
O desenvolvimento das investigações de Alfred Nobel acerca da utilização da nitroglicerina nos trabalhos das mineradoras, ao redor do ano de 1. 860 começa substituir a pólvora negra em seus trabalhos, assim com a pólvora negra sem fumaça a utilizar nas armas de fogo.
Sem embargo seu uso na fabricação de fogos artificiais se manteve. Encontra-se presente em diferentes partes de um produto pirotécnico: no estopim, na carga de impulsão e na mistura dos compostos químicos que produzem o efeito de cada peça.
Desde 1.899, e de acordo ao descrito pelo Dr. Alfons Bujard em seu “Arts of Fireworks” – (A Arte dos fogos de artifício - Stuttgat) sabemos que se vinha utilizando a pólvora de flash fotográfico em pirotecnia. Está incorporado o uso de clorato de potássio e alumínio nas misturas para produzir um tiro muito mais forte do que o provocado pela pólvora negra.
Fala também nessa obra do perclorato de potássio (KCIO4) que passaria pouco depois a substituir ao clorato em muitas fórmulas, a preferência se basea em que conta com margens de segurança muito mais amplas que o clorato e por tanto, melhor reputação. “Vale a pena aqui esclarecer que as fórmulas com o agregado de ácido bórico deram origem a denominada “pólvora branca” atualmente utilizada na fabricação de pirotecnia ilegal, de grandes riscos em sua manipulação devido a sua instabilidade”. Na obra “Die Moderne Kunstfeuerwerkerei” do Dr. Grlingshein publicada na Alemanha durante 1.913 descrevem-se os efeitos produzidos pela incorporação da liga de magnésio e alumínio.
São muitas as variedades da pólvora de flash, mas utilizam metais como combustível, combinando com um ou vários oxidantes como perclorato de potássio (KCIO4) ou clorato de potássio (KCIO3), assim como outros componentes que atuem sobre a combustão ou sobre a estabilidade do composto.
As fórmulas utilizadas então para se obter um flash e sons fortes, deviam ser manejadas com muito cuidado, já que a presença de perclorato de potássio é sensível à fricção.
Outras contendo nitrato de bário eram mais seguras e produziam excelentes resultados de duração prolongada assim como em clarões aéreos.
Durante 1.916 Thomas Hill experimentou em Washington com pólvora de flash fotográfico que já vinha sendo utilizada na Europa e também na China.
Os distintos graus de pó de alumínio podem determinar distintos resultados. Nesse ponto cabe esclarecer que a pólvora de flash, como todas as misturas, requerem cuidados especiais ao serem manipuladas, já que é sensível ao calor, a fricção, aos golpes, a eletricidade estática e até os raios laser. Pode explodir em pequenas quantidades quando é minimamente confinada.
Deve ser misturada em lugares abertos e durante dias de umidade ambiente relativamente elevada com o propósito de diminuir a influência da eletricidade estática. Entre os cuidados necessários para o manejo se incluem máscaras que impeçam a inalação do pó de alumínio. Não devem armazenar quantidades importantes devido ao risco que implica: a elaboração deve limitar-se ao consumo imediato.
O desenvolvimento das investigações relacionadas com a pólvora de flash e suas infinitas possibilidades quanto aos efeitos, tem complementado a eficiência da pólvora negra, pedra fundamental da história da pirotecnia: seus ponto de partida, sua alma, seu corpo e sua vida.
TEXTO EXTRAÍDO DO LIVRO "ENCICLOPÉDIA DE LA PIROTECNIA de LUIS BORCA
