(hp) Ohne Schwarzpulver kein Feuerwerk und Böller. Das Gemisch wurde vermutlich bereits vor knapp 1.000 Jahren in China erfunden und spätestens vor 860 Jahren ebenfalls in China militärisch eingesetzt. Die Chinesen verwendeten Schwarzpulver zunächst als Treibstoff für sehr einfach konstruierte Raketen, die gegen feindliche Truppen und Städte eingesetzt wurden.
Schon sehr bald fand das Schwarzpulver dann auch Verwendung beim Bau von Bomben und als Treibladung für Geschosse aus Gewehren, Pistolen und Kanonen. Erst vor etwa 150 Jahren wurde es im militärischen Bereich schrittweise durch leistungsfähigere Sprengstoffe ersetzt.
Schwarzpulver besteht aus drei Komponenten: Salpeter (Kaliumnitrat), Schwefel und Holzkohle. Das Mischungsverhältnis variiert je nach Verwendungszweck zwischen 10 bis 25 Prozent Kohle, 60 bis 85 Prozent Kaliumnitrat und 0 bis 20 Prozent Schwefel. Ein höherer Anteil Kaliumnitrat im Gemisch führt zu einer heftigeren Explosion, was zum Beispiel in Böllern erwünscht ist. Mehr Kohle im Pulver führt zu einem langsameren und gleichmäßigeren Abbrand, wie das in den Treibsätzen für Silvesterraketen erforderlich ist.
Herstellung von Schwarzpulver
Die Herstellung von Schwarzpulver aufwendig: Alle „Zutaten“ werden über Stunden getrennt voneinander extrem fein gemahlen und in einem weiteren Arbeitsgang leicht angefeuchtet und weitere ein bis zwei Stunden gründlich miteinander vermischt. Danach wird das so erhaltene, noch immer leicht feuchte Pulver unter hohem Druck zu Platten verpresst. Nach dem Trocknen werden diese Platten gebrochen und zu kleinen Körnern vermahlen. Deren Größe richtet sich auch wiederum nach dem geplanten Verwendungszweck des Pulvers: Vereinfacht erklärt, brennt feinkörnigeres Schwarzpulver heftiger und schneller ab als grobes.
Je nach Zusammensetzung genügt bereits eine Temperatur ab etwa 170 Grad Celsius, um Schwarzpulver zu entzünden; in der Regel liegt die Zündtemperatur aber zwischen 300 und 400 Grad.
Eine Explosion
Eine Explosion entsteht, weil die einzelnen Bestandteile des Pulvers sehr energiereich sind. Kaliumnitrat, das rund drei Viertel des Gemischs ausmacht, liefert reichlich den für die schnelle chemische Reaktion benötigten Sauerstoff; Holzkohle und Schwefel dienen als Brennstoff, wobei der Schwefel zusätzlich die Funktion hat, das Pulver leicht entzündlich zu machen. Die Abbrand- oder besser Explosionsgeschwindigkeit erreicht unter Einschluss zum Beispiel in einem Böller etwa 500 Meter in der Sekunde – also die anderthalbfache Schallgeschwindigkeit, was damit auch den extrem lauten Knall erklärt.
Noch eindrucksvoller als ein Böller ist die Explosion einer Silvesterrakete. Hier übernimmt das Schwarzpulver gleich mehrere Aufgaben. Zunächst dient es als Treibsatz. Im Inneren der Rakete, einem stabilen Papprohr, wird das Schwarzpulver unter hohem Druck so stark verdichtet, dass es nicht schlagartig wie in einem Böller, sondern vergleichsweise langsam abbrennt.
Die Rakete
Dennoch entstehen dabei in kurzer Zeit große Mengen an Verbrennungsgasen. Diese strömen mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse am unteren Ende der Rakete aus und treiben sie unter zischendem Geräusch in den Himmel. Frei verkäufliche Silvesterraketen, wie sie bei privaten Feiern verwendet werden, erreichen dabei Höhen von etwa 100 Metern. Professionelle Feuerwerksraketen steigen je nach Bedarf deutlich höher.
Damit die Rakete während ihres Aufstiegs einen spektakulären Funkenschweif hinterlässt, werden dem Treibsatz Eisenspäne beigemischt. Da beim Verbrennen des Schwarzpulvers Temperaturen von rund 2.000 Grad Celsius entstehen, verglühen diese Eisenspäne als auffällige, goldene Funken.
Feuerwerk
Sobald der Treibsatz vollständig abgebrannt ist und die Rakete in etwa 100 Metern Höhe den höchsten Punkt ihrer Flugbahn erreicht hat, wird automatisch eine zweite Ladung Schwarzpulver gezündet. Diese enthält die sogenannte Effektfüllung, die für die farbigen Lichterscheinungen des Feuerwerks verantwortlich ist.
Wie bereits beim Treibsatz beruhen auch hier die optischen Effekte auf feinen Metallspänen. Diese glühen beim Verbrennen in unterschiedlichen Farben: Strontium erzeugt rotes Licht, Natrium gelbes, Barium grünes und Kupfer blaues Leuchten. Silberfarbene Funken entstehen durch Aluminium oder Magnesium.
Durch die gezielte Mischung verschiedener Metalle lassen sich zahlreiche weitere Farbtöne erzielen. Wird beispielsweise Strontium mit Kupfer kombiniert, entsteht ein lilafarbener Funkenregen.