Thuốc súng được phát minh như thế nào?

Thuốc nổ đen là loại thuốc nổ được loài người sử dụng sớm nhất. Thuốc nổ đen được người Trung Quốc phát minh từ hơn 1000 năm trước. Tại sao người ta gọi tên thuốc nổ đen hay thuốc đen? Tên gọi này có để chỉ đó là một loại thuốc màu đen có thể cháy và nổ. Thuốc nổ liệu có liên quan gì với dược liệu mà lại có tên là “thuốc”.

Vào thời cổ đại người ta đã biết diêm tiêu (tức kali nitrat) lưu huỳnh là những vị thuốc quan trọng. Ví như vào thời nhà Hán, trong sách “Thần nông bản kinh”, diêm tiêu được xem là vị thuốc ở vị trí thứ sáu, người ta cho rằng diêm tiêu có thể chữa được hơn 20 bệnh. Lưu huỳnh chiếm vị trí thứ ba, chữa được hơn 10 bệnh. Chính hai vị thuốc này là nguyên liệu chủ yếu để người ta chế ra thuốc nổ đen. Theo truyền thuyết, thuốc nổ được các nhà luyện đơn chế ra. Vào thời xưa vua chúa muốn sống lâu, họ ra lệnh cho các thuật sĩ xây lò luyện đan để chế ra linh đan trường thọ. Các nhà luyện đan đã tiến hành phân ly, hòa tan, chưng cất, thăng hoa nhiều loại chất khác nhau, đó có thể chính là các thí nghiệm hóa học đầu tiên mà loài người đã tiến hành. Thuật luyện đan bắt đầu là do mộng tưởng của các đế vương, nhưng trong thực tiễn đã có tác dụng thúc đẩy khoa học phát triển. Một số tác phẩm của các nhà luyện đan còn lại đã nêu bật được nhận thức của người xưa về vật chất. Thuốc nổ đen là một ví dụ điển hình.

Các nhà luyện đan Trung Quốc đã sớm tiếp xúc với diêm tiêu, lưu huỳnh, than gỗ... Họ đã nhận thức được rằng, khi trộn chung chúng với nhau thì khi đập mạnh, ma sát có thể sinh cháy nổ. Nhà luyện đan Nguỵ Bá Dương đời nhà Hán đã dùng lưu huỳnh để kiểm tra sự thật giả của diêm tiêu. Khi chà xát mạnh lưu huỳnh với diêm tiêu, nếu diêm tiêu thật thì sẽ nhanh chóng bốc cháy. Nhà luyện đan thời Nam Bắc Triều là Đào Huyền Cảnh cũng đã chỉ ra rằng, nếu trộn diêm tiêu với than gỗ và đốt nóng thì sẽ sinh cháy nổ mạnh. Nhà luyện đan đầu thời nhà Đường, Tôn Tư Mạo đã viết trong sách “Đan Kinh” như sau: nếu đem diêm tiêu, lưu huỳnh, than gỗ trộn với nhau theo một tỉ lệ nhất định sẽ phối chế thành loại thuốc nổ đen. Do vậy ta có thể thấy vào thời đó người ta đã nắm chắc phương pháp chế tạo loại thuốc nổ đen cũng như biết được tính chất của loại thuốc nổ đen.

Vào cuối đời nhà Đường, người ta đã biết dùng thuốc nổ đen vào mục đích quân sự. Thành phần của thuốc nổ cũng được xác định chính xác gồm diêm tiêu 75%, bột than 15%, lưu huỳnh 10%. Đến đời nhà Tống, việc sản xuất thuốc nổ đã có quy mô lớn. Nhà nước đã mở các binh công xưởng, trong đó có xưởng chuyên môn sản xuất thuốc đen, sản xuất hạt nổ, quy mô đến từ mấy tấn đến mấy chục tấn. Vào năm Khánh Lịch thứ tư thời Bắc Tống (năm 1040), Tăng Công Lượng đã viết “Võ Kinh tổng yếu”, trong đó có ghi tên “thuốc nổ” cùng các phương pháp phối chế. Trong đơn pha chế, ngoài diêm tiêu, lưu huỳnh, than còn có thêm axit sunfuric, nhựa thông, sáp ong, sơn cùng các loại chất dễ cháy khác.

Việc chế tác thuốc nổ đen du nhập vào dân gian khoảng đầu thời Nam Tống. Vào thời đó, trong dân gian người ta nhồi thuốc nổ đen vào ống tre để chế ra các ống phóng lửa (pháo thăng thiên), và cho đến nay trò chơi này vẫn còn.

Thuốc nổ đen là một hỗn hợp gồm kali nitrat làm chất oxy hóa, sinh ra khí oxy làm chất tiếp dưỡng sự cháy. Lưu huỳnh và than gỗ là những chất cháy. Khi cháy sẽ tác dụng với oxy thành lưu huỳnh dioxit và carbon dioxit là những chất khí. So với than gỗ, lưu huỳnh có nhiệt độ bốc cháy thấp hơn, làm cho thuốc nổ dễ bốc cháy. Đồng thời lưu huỳnh cũng là chất kết dính. Khi thuốc nổ đen cháy sẽ sinh ra một lượng nhiệt lớn và các chất khí làm cho không khí xung quanh giãn nở mạnh, nhanh nên gây hiện tượng nổ.

Thuốc nổ là một trong 4 phát minh lớn của Trung Quốc. Sau đó thuốc nổ truyền từ Trung Quốc sang Ấn Độ, đến các nước Ả Rập, sau đó từ các nước Ả Rập truyền sang châu Âu. Vì vậy thuốc nổ xuất hiện ở châu Âu sau Trung Quốc đến mấy trăm năm. Sự phát minh thuốc nổ không chỉ kết thúc thời kỳ vũ khí lạnh trong quân sự mà còn phát huy uy lực lớn trong sản xuất công nghiệp, trong kiến thiết công trình. Vì vậy được xem là một mốc lớn trong lịch sử hóa học.