Polvere nera

La polvere nera, o polvere da sparo, è una miscela di salnitro, carbone di legna e zolfo che brucia con grande rapidità, liberando gas caldi e una nuvola di fumo carico di particelle solide. Gli alchimisti cinesi la incontrarono nel IX secolo, e nei cinquecento anni successivi divenne il propellente di razzi, armi da fuoco e cannoni, poi uno strumento per le miniere e i grandi lavori.

Che cos’è

La polvere nera è il più antico esplosivo chimico conosciuto. È una polvere di colore nero o grigio scuro composta da tre sostanze: salnitro (nitrato di potassio), carbone di legna e zolfo. Quasi tutti i combustibili hanno bisogno dell’aria per bruciare, mentre la polvere nera porta con sé l’ossigeno e quindi brucia anche in uno spazio chiuso. In una frazione di secondo gran parte della sua massa diventa gas caldo, e la pressione di quel gas può spingere una pallottola fuori da una canna o spaccare la roccia.

Fino all’Ottocento fu l’unico esplosivo di uso comune e il propellente di tutte le armi da fuoco. Il nome di polvere nera la distingue dalle polveri senza fumo che la sostituirono nelle armi a partire dagli anni Ottanta dell’Ottocento. Si usa ancora nei fuochi d’artificio, nelle micce di sicurezza, nelle armi ad avancarica e in alcune cave.

La tavola mostra dall’esterno un polverificio del Settecento. I mulini sorgevano molto distanziati lungo un fiume che ne muoveva le ruote, separati da argini di terra e da alberi, perché l’esplosione di uno avesse meno probabilità di far saltare il successivo. Sul Brandywine, nel Delaware, molti avevano tre spessi muri di pietra e un tetto e una facciata leggeri verso il fiume, così che lo scoppio di un’esplosione si sfogasse sull’acqua. Accanto alla scena compaiono un barile con cerchi di rame, scelto perché il rame fa scintille molto meno facilmente del ferro, una fiaschetta di corno in cui soldati e cacciatori portavano la polvere, e alcuni cristalli di salnitro.

Come funziona

La combustione è una reazione tra un combustibile e l’ossigeno. In un fuoco di legna l’ossigeno viene dall’aria, e il fuoco non può bruciare più in fretta di quanto l’aria raggiunga la legna. Nella polvere nera l’ossigeno è contenuto nel salnitro, mescolato intimamente al combustibile. Quando la polvere si scalda, il salnitro si decompone e cede il suo ossigeno proprio a contatto con le particelle di combustibile, e la reazione non deve aspettare l’aria.

Ogni ingrediente ha un compito preciso. Il salnitro è l’ossidante e costituisce la maggior parte della massa. Il carbone di legna è il combustibile principale; è poroso, quindi anche una piccola quantità offre all’ossigeno una grande superficie. Anche lo zolfo è un combustibile, ma conta soprattutto perché abbassa la temperatura a cui la miscela prende fuoco e la fa bruciare più in fretta. La purezza del salnitro e il tipo di legno da cui veniva il carbone cambiavano il comportamento di una polvere, ed è per questo che i polveristi curavano tanto l’uno e l’altro.

I prodotti sono in parte gas, soprattutto anidride carbonica, azoto e monossido di carbonio, e in parte sali di potassio solidi. Poco meno della metà della massa diventa gas. Il resto esce come un denso fumo bianco e come un residuo che sporca la canna delle armi, che andava pulita spesso.

La polvere nera deflagra: brucia molto in fretta, ma la reazione passa da un granello all’altro per effetto del calore. All’aperto, la polvere sciolta brucia con una vampata e una nuvola di fumo. Chiusa in una canna, il gas non può sfuggire, la pressione sale, la polvere brucia ancora più in fretta e il gas spinge fuori il proiettile. Gli esplosivi dirompenti come il tritolo o la dinamite invece detonano. Un’onda d’urto li attraversa a diversi chilometri al secondo, più veloce del suono in quel materiale, e la reazione si esaurisce quasi all’istante, con un colpo che frantuma. La polvere nera dà una spinta più lunga e più morbida. È quello che serve a un propellente, che deve accelerare una pallottola senza far scoppiare la canna, ed è il motivo per cui i cavatori la usarono a lungo per staccare e sollevare blocchi di pietra che la dinamite avrebbe mandato in pezzi.

Una scintilla, una fiamma, l’attrito, un urto o l’elettricità statica possono accendere la polvere nera, e molti operai sono morti nelle esplosioni dei polverifici. Quasi ovunque la fabbricazione, il deposito e il trasporto sono regolati dalle leggi sugli esplosivi.

Storia ed evoluzione

Gli alchimisti cinesi della dinastia Tang scaldavano salnitro, zolfo e molte altre sostanze in cerca di elisir di lunga vita. Un testo taoista datato di solito alla metà del IX secolo mette in guardia gli alchimisti da alcune miscele contenenti salnitro: chi le aveva scaldate si era bruciato le mani e il viso, e perfino la casa. Gli storici discutono se un testo precedente, dell’808, descriva già una miscela simile. La miscela prese il nome di huoyao, “medicina di fuoco”.

La lancia da fuoco, un tubo di polvere legato a una lancia, sputava fiamme per qualche secondo a distanza ravvicinata.

Gli eserciti cinesi la portarono presto in guerra. Il Wujing Zongyao, un compendio militare completato nel 1044, descrive armi incendiarie e fumogene e contiene le più antiche formule scritte giunte fino a noi. Uno stendardo di seta di Dunhuang, dipinto a metà del X secolo, raffigura una lancia da fuoco, e le truppe Song usarono lance da fuoco all’assedio di De’an nel 1132. Nel XIII secolo i difensori Jin e Song lanciavano dalle mura bombe a polvere contro gli eserciti mongoli che li assediavano, e il tubo della lancia da fuoco venne fatto di metallo e caricato con proiettili. Il cannone a mano in bronzo trovato nella provincia dello Heilongjiang non porta date, ma il luogo del ritrovamento lo collega a combattimenti documentati nel 1288, il che ne fa una delle più antiche armi da fuoco conservate.

Le prime armi da fuoco portatili cinesi erano corti tubi di bronzo fissati a un’asta di legno.

Nel XIII secolo la conoscenza della polvere si diffuse verso ovest attraverso l’impero mongolo e il mondo islamico. Nel sultanato mamelucco il trattato del siriano Hasan al-Rammah, scritto alla fine del Duecento, descrive sostanze incendiarie e razzi, e il frate inglese Ruggero Bacone citò la polvere nel 1267. I primi documenti e le prime immagini europee di armi da fuoco risalgono agli anni Venti del Trecento: nel 1326 la città di Firenze ordinò cannoni di metallo e relative munizioni, e un trattato che Walter de Milemete scrisse nel 1326-1327 per il giovane Edoardo III contiene il disegno di un cannone. Vent’anni dopo gli inglesi usarono probabilmente alcuni piccoli cannoni nella battaglia di Crécy. Nel Quattrocento le artiglierie d’assedio potevano abbattere in poche settimane le alte mura medievali, e gli ingegneri militari risposero con mura basse e spesse e bastioni angolati.

Il salnitro si forma lentamente dove i rifiuti organici marciscono nel terreno umido, e per secoli lo si raschiò da muri e pavimenti come questi.

Il salnitro era l’ingrediente difficile da procurarsi. In Europa i salnitrai avevano il diritto di scavare i pavimenti di stalle, colombaie e cantine, e più tardi i governi crearono nitriere, dove il salnitro si formava in cumuli di terra e letame. Nel Seicento le compagnie commerciali europee ne comprarono grandi quantità in India, nel Gujarat, nel Bihar e nel Bengala. Nel 1775 il chimico Antoine Lavoisier divenne uno dei quattro commissari della nuova amministrazione reale delle polveri e, dal suo laboratorio all’Arsenale di Parigi, lavorò per migliorare la fornitura e la qualità della polvere francese. Nell’Ottocento i giacimenti di nitrato di sodio del deserto cileno rifornirono l’industria degli esplosivi e dei fertilizzanti, finché all’inizio del Novecento i chimici tedeschi impararono a ricavare composti dell’azoto dall’aria.

I polverifici furono tra i luoghi di lavoro più pericolosi dell’età industriale. Gli stabilimenti du Pont sul Brandywine, nel Delaware, aperti nel 1802, contarono 288 esplosioni e almeno 228 morti prima di chiudere nel 1921. All’ingresso gli operai venivano perquisiti in cerca di fiammiferi e di parti metalliche su abiti e scarpe. La polvere nera scavò canali, gallerie e miniere: una delle prime testimonianze di brillamento in miniera viene da Banská Štiavnica, nel Regno d’Ungheria, nel 1627. Dagli anni Settanta dell’Ottocento la dinamite la sostituì nella maggior parte dei lavori da mina, e negli anni Ottanta e Novanta le polveri senza fumo a base di nitrocellulosa la sostituirono nelle armi da fuoco. Sopravvive nei fuochi d’artificio, nelle micce e tra chi tira con armi storiche.