Порох — любая из нескольких невзрывоопасных смесей, используемых в качестве метательных зарядов в пушках и взрывчатых веществ в горном деле.
Первым таким взрывчатым веществом был черный порох, состоящий из смеси селитры (нитрата калия), серы и древесного угля. Приготовленный примерно в правильных пропорциях (75 % селитры, 15 % древесного угля и 10 % серы), он быстро сгорает при воспламенении и образует примерно 40 % газообразных и 60 % твердых продуктов, причем последние в основном выглядят как беловатый дым. В замкнутом пространстве, например, в казеннике пушки, скопившийся газ может быть использован для приведения в движение ракеты, например, пули или артиллерийского снаряда. Черный порох относительно нечувствителен к ударам и трению и должен воспламеняться от пламени или тепла. Хотя в качестве топлива для боеприпасов в оружии он в значительной степени вытеснен бездымным порохом, черный порох по-прежнему широко используется для изготовления зажигательных зарядов, затравок, взрывателей и зарядов холостого выстрела в военных боеприпасах. При различных пропорциях ингредиентов он также используется в фейерверках, запалах замедленного действия, сигналах, тисках и разбрасывающих зарядах для тренировочных бомб.
Считается, что черный порох появился в Китае, где он использовался в фейерверках и сигналах уже в X веке. Между X и XII веками китайцы разработали huo qiang («огненное копье»), протооружие малой дальности, в котором взрывная сила пороха передавалась через цилиндр — первоначально бамбуковую трубку. При воспламенении снаряды, такие как стрелы или кусочки металла, выбрасывались с силой, сопровождаясь впечатляющей струей пламени. К концу XIII века китайцы стали использовать настоящие пушки, изготовленные из литой латуни или железа. На Западе огнестрельное оружие появилось в 1304 году, когда арабы изготовили бамбуковую трубку, укрепленную железом, в которой использовался заряд черного пороха для выстрела стрелой. Черный порох начали использовать в огнестрельном оружии в Европе с XIV века, но в мирных целях, таких как горное дело и строительство дорог, он не применялся до конца XVII века. Он оставался полезным взрывчатым веществом для разрушения залежей угля и горных пород вплоть до начала XX века, когда его постепенно заменили динамитом для большинства горных работ.
Приготовление черного пороха из твердых ингредиентов требует равномерного смешивания и смешивания селитры, древесного угля и серы. На первых этапах производства использовались ручные методы: ингредиенты просто растирались в порошок с помощью ступки и пестика. Начиная с XV века для измельчения ингредиентов стали использовать деревянные дробилки, приводимые в движение водой и называемые деревянными штампами, а в XIX веке на смену деревянным штамповым мельницам пришли металлические дробилки, приводимые в движение силой.
Поскольку горение черного пороха — поверхностное явление, мелкая грануляция сгорает быстрее, чем крупная. Быстрая скорость горения эффективна с баллистической точки зрения, но создает чрезмерное давление в стволе оружия. Таким образом, черный порох в порошкообразном виде сгорал слишком быстро, чтобы быть безопасным топливом в огнестрельном оружии. Чтобы решить эту проблему, европейцы в XV и XVI веках начали производить порох в виде крупных зерен одинакового размера. Скорость горения можно было изменять, используя гранулы другого размера. В XIX веке, когда удлиненные снаряды заменили круглые шарики, а нарезка орудийных труб стала вращаться и стабилизировать снаряд, черные пороха стали изготавливать еще более медленно горящими. В 1850-х годах Томас Дж. Родман из армии США разработал зерна черного пороха такой формы, что они обеспечивали все большую поверхность горения по мере сгорания, в результате чего максимальное выделение энергии происходило уже после того, как снаряд начинал двигаться по стволу орудия.
Начиная с 1860-х годов, черный порох постепенно вытесняется из огнестрельного оружия пушечным хлопком и другими, более стабильными формами нитроцеллюлозы. В отличие от черного пороха, который сгорает в результате химических реакций входящих в его состав компонентов, нитроцеллюлоза — изначально нестабильное соединение, которое сгорает, быстро разлагаясь с образованием горячих газов. В отличие от черного пороха, при сгорании она почти полностью состоит из газа, благодаря чему получила название бездымного пороха. Также, в отличие от черного пороха, нитроцеллюлоза горит постепенно, создавая все большее давление газа по мере сгорания. Это приводит к увеличению дульной скорости (для снаряда) и снижению нагрузки на огнестрельное оружие.
Нитроцеллюлоза производится путем нитрования целлюлозных волокон, таких как хлопок или древесная целлюлоза, азотной и серной кислотами. Ранние технологии производства часто не позволяли удалить все следы остаточных кислот из нитроцеллюлозы, которая затем подвергалась непредсказуемому спонтанному разложению, приводящему к взрыву. В 1880-х годах европейские химики начали добавлять специальные стабилизаторы для нейтрализации остаточных кислот и других разлагающих веществ в нитроцеллюлозе. Получившийся в результате стабильный и надежный продукт, известный как бездымный порох, в последующие десятилетия получил широкое распространение во всех видах оружия и вытеснил черный порох в качестве метательного заряда в боеприпасах артиллерии и стрелкового оружия. (Однако черный порох по-прежнему используется для воспламенения основного [бездымного] метательного заряда в крупнокалиберных артиллерийских орудиях).
Нитроцеллюлозное топливо производит гораздо меньше дыма и вспышек, чем черный порох, и обеспечивает гораздо большую механическую работу на единицу веса. Другими преимуществами бездымного пороха являются его повышенная стабильность при хранении, уменьшение эрозионного воздействия на отверстия орудий и улучшенный контроль над скоростью горения.
Большинство видов пороха, производимых сегодня, являются либо одноосновными (т.е. состоящими только из нитроцеллюлозы), либо двухосновными (состоящими из комбинации нитроцеллюлозы и нитроглицерина). Оба типа готовятся путем пластификации нитроцеллюлозы подходящими растворителями, раскатывания ее в тонкие листы и разрезания листов на небольшие квадратики, называемые гранулами или зернами, которые затем высушиваются. Регулирование скорости горения достигается путем изменения состава, размера и геометрической формы зерен пропеллента, а иногда и путем обработки поверхности или нанесения покрытия на зерна. Как правило, целью является получение пропеллента, который медленно превращается в газ на начальных стадиях горения и более быстро превращается по мере горения.
