DUMANSIZ (!) BARUT

Karabarut, ateşli silahların ve topçu sistemlerinin ilk kullanıldığı dönemlerden itibaren var olan bir tür cephane türüdür. Karabarutun kullanımı, Çin’de M.S. 9. yüzyılda bulunan barutun keşfiyle başlamıştır. Barutun ilk olarak savaşta kullanıldığı tarihler tam olarak bilinmemekle birlikte, 9. yüzyılın sonlarında ve 10. yüzyılın başlarında Çin’de silah olarak kullanılmaya başlandığı düşünülmektedir.

Karabarutun Avrupa’ya girişi Orta Çağ döneminde gerçekleşmiştir. Bu dönemde Avrupalılar, barutun askeri kullanımını benimsemiş ve ateşli silahları geliştirmiştir. Karabarut, Avrupa’da 14. yüzyılda kullanılmaya başlanmıştır ve silah teknolojisinin ilerlemesiyle birlikte yaygınlaşmıştır.

Sonuç olarak, karabarutun kullanılmaya başlama tarihi tam olarak belirlenemese de, barutun keşfinden sonra 9. yüzyılda Çin’de ve 14. yüzyılda Avrupa’da kullanılmaya başlandığı bilinmektedir.

Karabarut, dumansız barutun icadına kadar yaygın olarak kullanıldı, ancak kara barutun bazı dezavantajlarını ele alalım:

• Karabarut çok kolay yanıcıdır. Kara barut, tek bir kıvılcım, sert bir darbe veya sıcak bir nesneyle kolayca tutuşabilir ve bu nedenle dikkatli bir şekilde kullanılması gerekmektedir.
• Silahın içinde sorunlara neden olabilecek birçok kalıntı bırakır. Kalıntı ayrıca korozyon sorunlarına yol açabilir. Yani, kara barut kullanan silahlar birkaç atıştan sonra temizlenmesi gerekmektedir.
• Kara barut, ateşlenme anında çok fazla duman üretir. Aslında, kara barut silahları kullanan birçok piyade birlikleri, kendi silahlarının ürettiği duman bulutları nedeniyle düşmanı görememek gibi bir sorunla karşılaşmıştır.
• Kara barut, havadan su emer. Bu iki soruna yol açar: İlk olarak, suyun varlığı barutu daha az etkili hale getirir ve hatta güvenilir şekilde tutuşmayabilir. İkinci sorun, bir silahta kalan kara barut kalıntılarının metali hızla paslandırabilmesidir. Bu nedenle, silahların özellikle nemli bölgelerde hemen kullanımdan sonra temizlenmesi gerekmektedir.
• Kara barut ıslakken tutuşmaz. Bu nedenle, birçok asker silahlarının yağmurda kullanılamaz hale gelmesiyle karşı karşıya kalmıştır. Bu, birçok askerin yedek bir silah olarak bir kılıç veya mızrak taşımasının nedenidir.
• Buna karşılık, dumanı olmayan (!) barutlar, aynı ağırlıktaki kara baruttan daha fazla itici güç sağlar ve geride daha az duman ve kalıntı bırakır. Bu, silahların menzilini artırmanın yanı sıra silahı temizlemeden daha uzun süre atış yapabilme olanağı sağlar – bu, yarı otomatik ve otomatik silahların geliştirilmesini mümkün kılmıştır.

Erken dönem dumanı olmayan barutlar biraz istikrarsızdı, ancak teknoloji ilerledikçe kara baruttan çok daha istikrarlı hale geldiler ve çok dikkatli bir şekilde ele alınmamaları gerekmektedir. Ayrıca yağmurlu hava tarafından etkilenmezler ve su altında bile tutuşabilirler.

Bununla birlikte, dumansız barut hakkında yanlış anlamalar olduğunu düşünüyoruz ve çalışmamıza daha derinlemesine girmeden önce bunları açıklığa kavuşturmalıyız. İlk olarak, isim yanıltıcıdır: dumanı olmayan barut aslında karabaruta göre göreceli olarak bu ismi almıştır. Biraz duman üretilir, ancak kara baruttan üretilen duman çok daha azdır. İkinci yanlış anlama, dumansız barut için tek bir formül olmadığıdır. Aslında, farklı kimyasallarla yapılmış çeşitli dumanı olmayan barut türleri vardır. Bu, kara barutun aksine, üç malzemenin her zaman karbon, kükürt ve potasyum nitrat olduğu (farklı oranlarda ve tane boyutlarında) farklıdır.

Konunun devamında , dumansız barut ailesindeki ilk gelişmeyi, pamuk barutunu inceleyeceğiz.

Dünya tarihinde bazı icatlar tesadüfler sonucu bulunmuştur. Örneğin Dr.Fleming mikropları ürettiği petri kabına küflü bir peynir parçası düşüp, bunun etrafında mikrop üremediğini gözlemesiyle tıp tarihinin en önemli icadı penisilin dediğimiz antibiyotiği buldu. Newton kafasına düşen elmadan değil, “Elma düşüyor ama, gökyüzündeki ay neden düşmüyor?” diye düşünmeye başlayarak evrensel çekim yasalarını buldu. Mikrodalga fırın, Raytheon Corporation’ın mühendislerinden Percy Spencer tarafından tesadüfen keşfedildi. Spencer, 1945 yılında bir radarda çalışırken elindeki çikolata çubuğunun eridiğini fark etti. Bu durum, mikrodalga enerjisinin yiyecekleri ısıtabileceğini gösterdi ve mikrodalga fırının temelini oluşturdu. Dumansız barutun icadının da böyle ilginç hikayesi var:

1832 yılında, Henri Braconnot adlı bir Fransız kimyager, nitrik asit ve ahşap liflerin karıştırılmasının çok patlayıcı bir madde üreteceğini keşfetti. Birkaç yıl sonra, 1838’de başka bir Fransız olan Theophile-Jules Pelouze, nitrik asit ile kağıt ve kartonu işleyerek patlayıcı malzemeler üretti. Ancak, her iki keşif de çok istikrarsızdı ve pratik patlayıcılar için kullanılamıyordu.

Daha pratik bir çözüm keşfetmek için İsviçreli kimyager Christian Schönbein’e kaldı. Patlayıcı pamuğun keşfi aslında bir kazanın sonucuydu. Schönbein, İsviçre’nin Basel Üniversitesi’nde kimya profesörüydü. Eşi eve kimyasal deneyler yapmaması konusunda bir emir vermişti, ancak o her zaman onu dinlemezdi ve eşi yokken evde deneyler yapardı. 1845 yılında bir gün eşi bir süreliğine dışarı çıktığında, o mutfağa girdi ve nitrik asit ile sülfürik asidi karıştırdı. Dikkatsizce işlem yaparken, karışımı mutfak masasına döktü. Hızla eşinin pamuk önlüğünü alıp lekeyi silmeye başladı, sonra önlüğü sobanın üzerine asarak kurutuverdi, böylece eşi onun evde deneyler yaptığını, kendisi yokken fark etmeyecekti. Şaşkınlığına, önlük aniden tutuştu ve çok hızlı bir şekilde yanarak neredeyse hiç kül bırakmadı. Yaptığı şey, kazara nitroselüloz (silah pamuğu) yaratmaktı.

Onun kazara icat ettiği şeyin kimyasını anlayalım. Silah pamuğu (ve diğer nitro bileşiklerin) üretimi, malzemeyi (pamuk, odun lifleri, kağıt vb.) nitrik ve sülfürik asit karışımına batırarak nitrik asidin üzerinde belirli bir süre etki etmesine izin vermekten oluşur. Oluşan patlayıcı madde daha sonra asitlerden ayrılır ve asit izlerini kaybedene kadar yıkanır. Örneğin, silah pamuğu durumunda, aşağıdaki tepkime gerçekleşir:

C₁₂H₂₀O₁₀ + 6HNO₃ = C₁₂H₁₄O₄(O.NO₂)₆ + 6H₂O

Selüloz nitrik asit ile birleşerek nitroselüloz ve su (H2O) oluşturur. Yukarıdaki denklemde görüldüğü gibi, bu reaksiyon için sadece nitrik asit gerektiği gibi görünmektedir. Ancak, bu reaksiyonun diğer yan ürünlerinden biri su olduğunu ve bu suyun kalan nitrik asidi seyrelteceğini ve başka nitro bileşikler oluşturmasına neden olacağını unutmayın. İşte sülfürik asit devreye girer. Sülfürik asit, bu reaksiyon tarafından oluşturulan suyla ilgilenir ve aynı zamanda NO2 iyonlarını oluşturmak için bir katalizör görevi görür.

Schönbein’in orijinal yönteminde, üç birim sülfürik asiti birim nitrik asit ile ağırlıkça karıştırırdı. Ardından, porselen bir kabın içine yirmi ila otuz birim bu asit karışımını alır ve yaklaşık 10° ila 15° C sıcaklıkta bir saat boyunca bir parça pamuğa daldırırdı. Bundan sonra, sıvı dökülür ve barut pamuğu asitleri yok etmek için önce suyla ardından seyreltik potas çözeltisiyle iyice yıkanır. Daha sonra, önceki yıkamadan kaynaklanan tuzların çözünmesi için suyla tekrar yıkanır, ardından suyu çıkarmak için sıkılır, ardından %0,6’lık bir tuzruhu çözeltisine batırılır, tekrar sıkılır ve son olarak 65° C’de kurutulur. Daha sonra, Schönbein bu işlemi, nitrik ve sülfürik asitlerin eşit hacimlerinin karışımının 14 birimini her bir pamuk birimine kullanacak şekilde değiştirdi.

Barut, aynı hacimdeki siyah tozdan yaklaşık altı kat daha fazla gaz üretirken, çok daha az duman ve ısı üretir.

Şimdi reaksiyonu genel bir düzeyde inceledikten sonra, bir sonraki birkaç gönderide bu süreçte kullanılan bazı makinalara bakacağız.

Avusturya’daki gelişmeler doğal olarak birkaç Avrupa hükümetinin dikkatini çekti ve İngiltere’den, Austuryalıların açıklamaya istekli oldukları her şeyi öğrenmek üzere bir Yüzbaşı Young Avusturya’ya gönderildi. 1862 yılında, yeni patlayıcıların savaş amaçlı kullanımı üzerine bir araştırma yapmak üzere İngiliz Derneği tarafından bir komite atandı. Komite, 3 kimyagerden (önceden bahsedilen Dr. J.H. Gladstone, Profesör W.A. Miller ve Profesör Frankland) ve 6 mühendisten (William Fairbairn, J. Whitworth, James Nasmyth, J. Scott Russell, J. Anderson ve Sir W.G. Armstrong) oluşuyordu. Eğer bazı isimlerin tanıdık geldiğini düşünüyorsanız, J. Whitworth, Whitworth tüfeğini icat eden beyefendi ve W.G. Armstrong, Armstrong topunu icat eden kişi olup daha sonra büyük bir silah, gemi yapımı, uçak ve mühendislik şirketi olan Armstrong, Whitworth & Co.’yu kurmuşlardır. James Nasmyth buhar çekiciyi icat etmekle tanınırken, John Scott Russell 40 yıl boyunca dünyanın en büyük gemisi olan Büyük Doğu buhar gemisini inşa eden bir mühendistir. Bu süperstar komite General Von Lenk ile görüştü ve 1863 yılında Newcastle’da bir rapor sundu. Aşağıda açıklanacak olan Von Lenk prosedürünün bazı ayrıntılarıyla birlikte:

Türk pamuğunun imalatında, hedeflenen sonuç mümkün olduğunca yüksek oranda nitratlanmış bir ürün elde etmektir. Von Lenk, bunu sağlamak için birkaç prosedürün benimsenmesinin gerektiğini buldu ve bunlardan en önemlileri şunlar olarak belirlendi:

Pamuk, asitlere batırılmadan önce temizlenmeli ve tamamen kurutulmalıdır. Kullanılan asitler mümkün olan en güçlü olanlardan olmalıdır. Pamuğun ilk batırılma ve kısmi dönüşümünden sonra taze ve güçlü bir asit karışımına batırılmalıdır. Batırma işlemi 48 saat boyunca devam ettirilmelidir. Siyah pamuk daha sonra tamamen arıtılmalı ve herhangi bir serbest asit izi giderilmelidir. Bunun için ürün birkaç hafta boyunca su akışında yıkanmış; sonrasında zayıf bir potasyum solüsyonu son yıkama olarak kullanılabilir, ancak bu zorunlu değildir. Von Lenk prosedürüyle ilgili daha fazla ayrıntıyı bir sonraki yazımızda inceleyeceğiz.