沒(méi)想到一提起黑火藥，大家興趣這么高，那么咱們繼續(xù)：

黑火藥在英語(yǔ)中就是“gunpowder”分解一下 gun （槍）powder（粉末），如果直譯就是“槍藥”。

但是，黑火藥只能是當(dāng)時(shí)有限條件下的“槍藥”選擇，它的弊端太多了。以至于后來(lái)“槍藥”被“無(wú)煙火藥”所替代。

從“無(wú)煙火藥（Smokeless powder）”這個(gè)名字來(lái)說(shuō)，它首先要解決的痛點(diǎn)就是“煙”，或者可以認(rèn)定無(wú)煙火藥的賣(mài)點(diǎn)就是“Smokeless”。

那么問(wèn)題來(lái)了——“煙”真的是黑火藥的痛點(diǎn)嗎？還真別說(shuō)！“煙”是黑火藥最大的痛點(diǎn)，沒(méi)有之一！

如果看前面的一個(gè)動(dòng)圖，你會(huì)覺(jué)得開(kāi)一槍沒(méi)有多大煙，似乎不成什么問(wèn)題，但是如果是早期“排隊(duì)槍斃”的線性作戰(zhàn)，事情就不是想象的那么簡(jiǎn)單了。

當(dāng)一群士兵開(kāi)火幾輪后戰(zhàn)場(chǎng)上的能見(jiàn)度會(huì)急劇下降，在排隊(duì)槍斃的過(guò)程中士兵和指揮官所面臨的問(wèn)題就不是對(duì)方或者己方的傷亡情況，而是目標(biāo)在哪里了。

沒(méi)錯(cuò)，自拿破侖戰(zhàn)爭(zhēng)以來(lái)，軍事指揮官都反映在被射擊煙霧籠罩的戰(zhàn)場(chǎng)上發(fā)號(hào)施令非常困難。在槍支使用的火藥產(chǎn)生的濃煙中，無(wú)法看清視覺(jué)信號(hào)。除非有強(qiáng)風(fēng)，否則，幾槍之后，使用火藥彈藥的士兵的視線就會(huì)被巨大的煙霧所遮擋，而且隨著射速的提高，這個(gè)問(wèn)題也變得更加嚴(yán)重。

回過(guò)頭來(lái)我們看——黑火藥是由硝酸鉀（氧化劑）+硫磺（助燃）+木炭（還原劑）構(gòu)成的三元配方，它燃燒后不僅釋放氣體推動(dòng)彈丸，還帶來(lái)大量固體殘?jiān)蜔焿m。

相比之下，無(wú)煙火藥的本質(zhì)是高氮含能有機(jī)物的熱分解反應(yīng)，其產(chǎn)物幾乎全是氣體，故稱“無(wú)煙”。

但是，這里就有一個(gè)軍迷們長(zhǎng)久以來(lái)的一個(gè)誤解，一提到“無(wú)煙火藥”就認(rèn)為這玩意是“硝化棉”，然而事實(shí)并非如此！

要知道的是，人這種生物很好玩，面對(duì)問(wèn)題的時(shí)候首先想到的并不是發(fā)明一個(gè)新的事物來(lái)替代老事物，而是想著如何“改良”，通過(guò)改進(jìn)老事物來(lái)取得一定效果。

在“黑火藥冒煙很嚴(yán)重”的問(wèn)題凸顯出來(lái)之后，人們并沒(méi)有去發(fā)明硝化棉，而是采用了往黑火藥中加添加劑的方式降低黑火藥爆炸時(shí)候煙霧的產(chǎn)生的方法。

首先被選擇的是一系列的鋇鹽，例如氯化鋇、硫酸鋇、硝酸鋇。

鋇鹽有一種特性，就在高溫下更傾向于成為氣體而不是以固體顆粒的形式存在，而在火藥燃燒爆炸的過(guò)程中，失去了陰離子的鋇離子就會(huì)和一些黑火藥爆炸的產(chǎn)物結(jié)合而起到消除煙霧的特性。

如果說(shuō)幾千年前中國(guó)人的老祖宗是煉丹術(shù)士在煉丹的時(shí)候誤打誤撞的發(fā)明了黑火藥，那么在開(kāi)發(fā)無(wú)煙火藥的過(guò)程中，西方人在200-300年前依然是采用了煉丹術(shù)士的各種想法，在火藥中加二氧化硅、鋁粉、鎂粉、食鹽、骨頭粉、石膏……各種可以嘗試的配方其實(shí)比當(dāng)年煉丹還魔障。

但是這些“加加減減”的思路，很快就暴露了根本性問(wèn)題——黑火藥的邏輯就是“冒煙”，它的結(jié)構(gòu)天然決定了它一定冒煙。你可以往里加硝酸鋇，它確實(shí)能讓反應(yīng)更徹底一點(diǎn)，少點(diǎn)灰；也可以加二氧化硅，做點(diǎn)吸附；甚至加骨頭粉和鹽，把煉丹那一套都搬進(jìn)來(lái)。但最后你會(huì)發(fā)現(xiàn)——這些東西也只是“修容粉”，遮不住本質(zhì)。真正的“無(wú)煙”，必須從底層架構(gòu)上推翻黑火藥的構(gòu)成方式。

終于，到了19世紀(jì)末，歐洲人終于從“加點(diǎn)啥”的煉丹思路中醒過(guò)來(lái)，意識(shí)到不能再靠“補(bǔ)丁”改藥了，而是得另起爐灶。這個(gè)時(shí)候，“硝化棉”登場(chǎng)了。

1884年，法國(guó)化學(xué)家 Paul Vieille 終于做了“火藥史上的哥白尼式革命”——他不再糾結(jié)于怎么把黑火藥“改良”，而是從根上提出了新藥思路：使用高氮有機(jī)物——硝化棉，來(lái)直接釋放氣體能量而不產(chǎn)生煙霧。

Poudre B

這種火藥被命名為 Poudre B（B藥），正式取代黑火藥成為法國(guó)軍隊(duì)制式裝藥?！癙oudre”這個(gè)詞是法語(yǔ)的“粉末”的意思，等同于咱們前面提到的Powder。于是“火藥B”就被法軍迅速裝備了。為了迷惑敵人，法國(guó)人管這種綠色的小片狀物叫做“白火藥”。

“白火藥”由68.2%的不溶性硝化纖維素、29.8%的用乙醚膠化的可溶性硝化纖維素和2%的石蠟制成。

必須的吐槽時(shí)刻到了： 有很多粉絲和W君提過(guò)，法國(guó)的各種配方都是精確到小數(shù)點(diǎn)后0.1的。例如這里的68.2%和29.8%的比例，并不會(huì)像咱們寫(xiě)0.5%或者69%這樣的比例。好像是法國(guó)人的精度更高一樣。 但實(shí)質(zhì)上是——法國(guó)的數(shù)學(xué)計(jì)數(shù)法是極其混亂的。法語(yǔ)的數(shù)字是十進(jìn)制和十六進(jìn)制以及倍率混合法的一個(gè)數(shù)字體系。法語(yǔ)6是six、7是sept、10是dix，60是soixante、70是soixante-dix（60和10）、80是quatre-vingts（四個(gè)20）……90是quatre-vingt-dix（4個(gè)20再加10）…… 至于68.2%和29.8%分別是soixante-huit virgule deux pour cent和vingt-neuf virgule huit pour cent，比起其他實(shí)驗(yàn)正確的寫(xiě)法更為方便一些 ^!^ 日常乳法

方子就是法國(guó)人的方子，但是要注意一下，里面的硝化纖維素也就是硝化棉分了兩種，其中一大部分是不溶性的硝化纖維素、另一部分是用乙醚處理過(guò)的硝化纖維素。

硝化棉的生產(chǎn)工藝W君是可以毫不避諱的告訴大家，畢竟這是很基礎(chǔ)的有機(jī)化學(xué)課本里面的內(nèi)容，而且這個(gè)工藝沒(méi)什么秘密而言。

以纖維素為原料一般的情況下就是脫脂棉或者木漿，加上濃硫酸和濃硝酸，冰浴反應(yīng)5-15分鐘。

這是一個(gè)典型的硝化反應(yīng)，在濃硫酸的環(huán)境下，硝酸的硝基（-NO2）取代了纖維素中的羥基（-OH）形成硝化纖維素。

我們來(lái)看其中的機(jī)理：纖維素是一種高分子有機(jī)化合物（C6H10O5）?

在它的單體中有大量的羥基（-OH），濃硫酸有脫水作用，會(huì)奪取包含羥基的官能團(tuán)中的OH生成水（H?O），而失去羥基的部分則由硝基取代——典型的酯化反應(yīng)。

但是，你會(huì)發(fā)現(xiàn)纖維素的單體內(nèi)并不只包含一個(gè)羥基（-OH），在取代的過(guò)程中并不能保證羥基（-OH）全部被取代為硝基——硝化反應(yīng)不完全。

這就導(dǎo)致了取代完全與否與最終硝酸纖維素產(chǎn)物的性質(zhì)有密切關(guān)聯(lián)。

所以，這就是為什么“白火藥”中的硝化纖維素會(huì)分成兩種——不是“法國(guó)人強(qiáng)迫癥”，也不是“工藝湊數(shù)”，而是因?yàn)橄趸磻?yīng)本身并不全等。反應(yīng)條件、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)位點(diǎn)，都會(huì)影響羥基被硝酸酯化的程度，而不同程度的硝化產(chǎn)物就具有了不同的物理性質(zhì)。

有的能炸但太硬；有的能溶但推力不足。最終只能像混凝土一樣，把粗骨料（不溶性高氮棉）和細(xì)骨料（可溶性中氮棉）按比例混在一起，加點(diǎn)潤(rùn)滑劑壓一壓，炸得干凈還不冒煙，這才是工程。

更為夸張的是，實(shí)際上至今在我們身邊硝酸纖維素并不少見(jiàn)，很多的油漆、膠卷、乒乓球的原料就是沒(méi)有完全酯化的硝化纖維素。

這里就有一個(gè)硝化纖維素的含氮量的概念了。剛剛提到（C6H10O5）?是纖維素的分子式，其單體是C6H10O5，如果不聚合的話，給單體加一個(gè)H2O我們就可以看到C6H12O6這玩意就是葡萄糖。所以纖維素可以看作是由 β-1,4 連接的葡萄糖單元構(gòu)成，每個(gè)葡萄糖單元上有三個(gè)羥基（分別在C2、C3、C6位）。所以理論上，每個(gè)單元可以發(fā)生最多三個(gè)位點(diǎn)硝化。因此硝化纖維素的單體中就包含了單硝酸酯、二硝酸酯和三硝酸酯三種不同的單體。這里就引入了氮的概念了。理論上如果一條纖維素分子上所有的羥基都被硝酸酯化其含氮量為14.14%，這就是一種典型的高能炸藥了，但如果其中含有大量的單硝酸酯、二硝酸酯它的含氮量就會(huì)大幅度降低，有可能不足10%這種東西就點(diǎn)著了，也只是安靜的緩燃并不會(huì)有推進(jìn)作用。

剛剛提到的硝化反應(yīng)需要冰浴，這是一個(gè)在實(shí)驗(yàn)室中控制溫度的方式，在加料階段反應(yīng)物要小于5攝氏度、而在反應(yīng)階段要保持5-12度的反應(yīng)溫度，在反應(yīng)結(jié)束的時(shí)候要保持溫度小于10度。

具體的溫度控制曲線和反應(yīng)時(shí)間決定了最后硝化纖維的含氮量。溫度是一個(gè)維度，時(shí)間也是！溫度差一分鐘，含氮量的偏差可以飆出1%；同時(shí)硝化纖維素的生成環(huán)境中含有硝酸和硫酸，在濕潤(rùn)的液體環(huán)境中還算穩(wěn)定，但是在干燥環(huán)境下反應(yīng)物對(duì)酸性極其敏感。如果不能徹底的清除反應(yīng)物中的酸性，那么最終得到的就是一坨很不穩(wěn)定的烈性炸藥——隨時(shí)可能爆炸。

同樣的，原料的品質(zhì)和純度也是影響所有反應(yīng)的重要因素，大批量生產(chǎn)硝化纖維素的時(shí)候通常需要先用一小部分樣品來(lái)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)定和實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)，以確定這一批原料的工藝曲線。實(shí)驗(yàn)室定義出的工藝曲線還得用工業(yè)設(shè)備去還原忠實(shí)執(zhí)行。這就不是一個(gè)手工作坊可以自己完成的事情了。所以，就像標(biāo)題說(shuō)的一樣，如果給你配方給你工藝，你也無(wú)法制造出真正可以用的硝化纖維素。

其實(shí)很多民科在討論物理學(xué)，這玩意對(duì)身體沒(méi)啥傷害，但很少見(jiàn)到民科們做實(shí)驗(yàn)搞化學(xué)吧？原因很簡(jiǎn)單，第一是膽子小的人不敢搞，第二是膽子大的人沒(méi)撐到出“成果”的那一天。

剛剛還提到了原料，現(xiàn)在很多偽軍迷還在嘮閑嗑，說(shuō)西方?jīng)]有了我們的長(zhǎng)絨棉就無(wú)法制造硝酸纖維素了。這又是一個(gè)自吹自擂的“誤解”。

雖然硝酸纖維素現(xiàn)在叫做硝酸棉，但是現(xiàn)代工業(yè)中造就不用棉花制作硝酸纖維素了。

棉花并不是“最好的”硝化纖維素原料，雖然棉花的主要成分是纖維素（>90%），幾乎不含木質(zhì)素、半纖維素等不必要雜質(zhì)，適合直接用于硝化反應(yīng)，但是棉花纖維為中空結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致制成的硝化棉在某些高強(qiáng)度用途（如高性能無(wú)煙火藥）中機(jī)械強(qiáng)度不足。而且棉花是天然產(chǎn)品，受到批次影響嚴(yán)重，絮棉被你可能無(wú)感，但在在如軍事、火箭推進(jìn)劑等高端應(yīng)中，雜質(zhì)、水分、粒徑分布等影響就特別的明顯了。

現(xiàn)在制作纖維素的東西是木漿，尤其是α-纖維素木漿，這個(gè)東西主要用途是制造高檔紙張，次要用途就是做硝化纖維素。

只不過(guò)這種東西都是經(jīng)過(guò)硫酸漂白的，放在照片上看很多人覺(jué)得這玩意就是棉花，導(dǎo)致了很多人就以此推斷現(xiàn)在纖維素的制造還是用棉花。

那么為什么放棄天然纖維素的源泉棉花不去用，還得大費(fèi)周折去除木質(zhì)素、半纖維素去使用工業(yè)半成品木漿呢？

這件事，我們這樣看——你在市場(chǎng)上買(mǎi)到的蘋(píng)果、橘子幾乎每一個(gè)口味都不一樣或者酸點(diǎn)或者甜一點(diǎn)，但你在市場(chǎng)上買(mǎi)到的果汁無(wú)論你是在什么季節(jié)、什么地區(qū)買(mǎi)到的果汁，只要是一個(gè)品牌的喝起來(lái)都不會(huì)有變化。這就是工業(yè)品和農(nóng)業(yè)品的區(qū)別了，在生產(chǎn)加工的過(guò)程中，工業(yè)品可以依靠添加添加劑、調(diào)整工藝細(xì)節(jié)保證出品的品質(zhì)穩(wěn)定，而對(duì)于農(nóng)業(yè)品來(lái)說(shuō)就是靠天吃飯了。

在生產(chǎn)硝化纖維素的過(guò)程中，其實(shí)有一個(gè)可以按批次迅速生產(chǎn)的木漿就遠(yuǎn)勝于直接拿棉花做硝酸纖維素的起點(diǎn)了。

再高端的硝酸纖維素的生產(chǎn)原料甚至都已經(jīng)不是木漿了，而是類似于嫘縈絲的人造纖維。

這種東西就是把纖維素利用氫氧化鈉處理后在經(jīng)過(guò)陳化的過(guò)程后噴霧到硫酸中，最終形成新的纖維組織結(jié)構(gòu)。

由于粗細(xì)、成分都經(jīng)過(guò)了更細(xì)致的生產(chǎn)控制，因此用這些人造纖維所生產(chǎn)出的硝酸纖維素的品質(zhì)和穩(wěn)定性就得到了更好的保障，也就更就廣泛的應(yīng)用在了航空航天軍事等領(lǐng)域中。

到此，你應(yīng)該了解完硝酸纖維素了。

不過(guò)，硝酸纖維素并不是唯一的無(wú)煙火藥，在早期的彈藥發(fā)射藥中還嘗試過(guò)硝化木屑+硝酸甘油的做法，這也是一種當(dāng)年流行的無(wú)煙火藥，甚至在現(xiàn)代雙基發(fā)射藥的雙基就是特指硝化纖維素+硝酸甘油。而三基發(fā)射藥則又在前兩者的基礎(chǔ)上加上了硝基胍。

至于新的無(wú)煙發(fā)射藥，其實(shí)現(xiàn)在看起來(lái)又回歸了黑色，其實(shí)和前面給大家講的一樣，依然也在外面包覆了石墨層，用途其實(shí)還是為了維持發(fā)射藥的穩(wěn)定性。但這玩意就是頂著“白色槍藥”的名字，表現(xiàn)出“黑色槍藥”外觀，而干“無(wú)煙槍藥”的事情了。