PREGUNTAS CONCIENCIA #40

¿QUÉ ES LA PÓLVORA Y CUÁL ES SU ORIGEN?

Origen

A lo largo de la historia, pocas sustancias como la pólvora han sido tan determinantes a la hora de entender el mundo actual. Y es que la pólvora, desde su descubrimiento en el siglo IX, ha jugado un papel clave en los conflictos bélicos que se han ido produciendo desde aquella época y, por lo tanto, ha sido decisiva para configurar la distribución de poder que hoy en día conocemos.

Cuando uno piensa en la pólvora, inmediatamente la asocia con explosivos, armas, guerra, etc. Y lo cierto es que está justificado. Sin embargo, los orígenes de la pólvora se alejan totalmente de esta visión de “muerte”, pues la descubrieron en el siglo IX monjes chinos que buscaban “un elixir que prolongara la vida”. Es curioso el cambio de guion, del “elixir de la vida” a la utilización como parte principal de las armas.

El descubrimiento de la pólvora está muy asociado al llamado salitre, una sustancia que los chinos venían utilizando desde hacia varios siglos por sus propiedades medicinales. Se empleaba sobre todo como producto diurético y antibacteriano y estaba clasificado en el más alto de los tres grados de materia médica en la antigua China. De hecho, se llegó a denominar como “un producto milagroso del Cielo y la Tierra”. Dada su composición química, el salitre es también conocido como nitrato de potasio, cuya formula química es KNO3. Y da la casualidad (o no) que con los años se ha demostrado que el ion nitrato (NO3-) es particularmente importante para el cuerpo humano siendo, por ejemplo, una de las formas en las que el exceso de nitrógeno procedente de las proteínas se elimina del organismo a través de la orina. Por lo tanto, los antiguos chinos tenían buenas razones para incluir el salitre en sus recetas médicas.

Por todo lo dicho hasta ahora, se puede entender que médicos y alquimistas de aquella época utilizaran el salitre como base para hacer diferentes mezclas buscando aumentar o modificar sus propiedades terapéuticas. Y así surgió la pólvora, de las diferentes pruebas de mezclar salitre con otras sustancias. En particular, la pólvora es la mezcla de salitre, azufre y carbón vegetal. Sin embargo, lejos de las propiedades medicinales que buscaban originalmente los monjes, pronto se dieron cuenta de que tenía unas propiedades incendiarias y explosivas que podían ser muy útiles en otros campos, y así pasó a utilizarse rápidamente con propósitos militares.

Un poco de historia

El camino seguido por la pólvora para llegar a Europa occidental es desconocido, aunque probablemente siguió más de una ruta. Parece lógico que los árabes jugaran un papel determinante en la transmisión del conocimiento y que desde el Oriente Próximo el compuesto químico se diseminara bien por vías pacíficas -comerciales, por ejemplo- o bien como secreto militar. Las dos referencias documentales más antiguas que se conocen en Europa, una escrita en Italia y la otra representada en un códice inglés, son del año 1326, mientras que el arma de fuego más antigua del mundo fechada es un cañón chino de 1332. En Europa, el uso de la pólvora y la artillería se extendió con rapidez y para mediados del siglo XIV el uso de ambas fue imparable.

Mientras que los cañones fueron obra de herreros y fundidores, la elaboración de la pólvora recayó en artesanos con estrecha vinculación con el mundo de la magia. La pólvora, por su novedad y naturaleza explosiva, estuvo en sus comienzos relacionada estrechamente con la alquimia, el esoterismo y la transmutación de los elementos, pues implicaba la purificación, el secado y la transformación química de sus componentes. Debido a la dificultad técnica que implicaba su fabricación, no bastó con una transmisión oral del maestro al aprendiz, sino que fue necesaria la redacción de unos manuales con los que poder instruir a los jóvenes artilleros tanto en la fabricación de la pólvora como el manejo de los primeros cañones.

El más antiguo de estos manuales es el Feuerwerkbuch o “Libro de los Fuegos”. La copia fechada más antigua conservada de uno de estos manuales fue escrita en Alemania entre los años 1380 y 1430. Hoy se halla conservada en la biblioteca de la Universidad de Friburgo. Este manual anónimo fue copiado y aumentado por diferentes maestros y aprendices desde finales del siglo XIV hasta que se publicó por primera vez en Augsburgo en 1529. Debido a esa estrecha relación con la alquimia el trabajo fue probablemente escrito por un alquimista para el uso de los artilleros. El texto ofrece métodos precisos para obtener y purificar los constituyentes de la pólvora, especialmente el salitre, así como para fabricar mezclas de distintas fuerzas y para fuegos de artificio. La purificación o eliminación de las impurezas del salitre, una sal contenida en las piedras (sal petræ), era especialmente complicada y la parte más antigua del texto, redactada hacia el año 1380, trataba de su química, describiendo catorce métodos diferentes para su purificación.

Hasta hace poco se pensaba que la pólvora del siglo XIV se realizaba con nitrato cálcico, muy higroscópico y que absorbe agua de la atmósfera, llegando a dañarse y resultar inútil. El nitrato potásico, en cambio, evita este problema. El Feuerwerkbuch define perfectamente los métodos para buscar y obtener nitrato potásico para la fabricación de pólvora. En ningún caso el manuscrito describe métodos de obtención de nitrato cálcico. El nitrato de calcio es más higroscópico y soluble que el nitrato de potasio. El Feuerwerkbuch enseña que, si se añade agua a una mezcla de nitrato de calcio y sal, el primero se disolverá casi inmediatamente, quedando la sal. Efectivamente, el maestro informa que es el nitrato de potasio el que queda al disolverse el nitrato de calcio: “Entonces la sal se disolverá y el salitre quedará en el agua fría, porque el salitre no se disuelve fácilmente en el agua fría y se sedimenta en el (agua) fría”. Se ha dicho que el uso de nitrato de potasio no está incluido en el Feuerwerkbuch y que su primer uso solo ocurrió hacia la mitad del siglo XVI cuando otros dos autores, Vanoccio Biringucio en su Pirotechnia (Venecia, 1540) y Georgious Agricola en su De re Metallica (Basilea, 1556), describieron el método de uso de ceniza de madera que agrega carbonato de potasio para aumentar el rendimiento de nitrato de potasio. Sin embargo, el Feuerwerkbuch usa alumbre, (un sulfato doble de aluminio y potasio que se utilizaba generalmente para fijar los tintes) para alcanzar el mismo objetivo: “Esto es muy necesario y la mejor manera de limpiar el salitre. La idea de que los maestros sabían cómo «aumentar la cantidad» de nitrato de potasio se halla respaldad por el uso del espectro de emisión de llama del catión potasio, que es quizás el detalle más impresionante del conocimiento empírico encapsulado en el Feuerwerkbuch. Puede ser también la referencia más antigua de la moderna espectroscopia. El autor (o autores) sabía que si se queman algunas gotas de la solución el color de la llama indicará su contenido: “Para probar si el salitre está bien purificado: saca de la olla el palo con el que remueves la solución y un poco de la solución de salitre y espolvoréalo sobre un carbón encendido. Si las gotas arden bien y brillan y dan llamas azules entonces el salitre es bueno”. Solo una presencia masiva de catión de potasio contenido en la solución da una llama azul. El catión de calcio daría una llama de color rojo anaranjado. De modo que hay al menos tres indicios que refieren que el salitre obtenido era efectivamente nitrato de potasio a finales del siglo XIV. Este punto es sumamente importante porque hasta el año en que se hizo esta copia del Feuerwerkbuch (y probablemente también durante un período de tiempo indeterminado después), la pólvora se fabricaba con nitrato de calcio, como se ha señalado muy higroscópica, lo que resultaba dañino para la mezcla y la inutilizaba. El nitrato de potasio evita este problema, ofreciendo además un mejor almacenamiento. Esta manera de fabricar la pólvora, junto con otras mejoras en el proceso de fabricación, propiciaron una combustión completa de la pólvora y una propulsión más eficaz que permitió el espectacular desarrollo de la artillería que tuvo lugar durante el siglo XV.

El perfeccionamiento de la fórmula de la pólvora puede considerarse el primer hito importante en el desarrollo tecnológico de la artillería. según documentos árabes del siglo XIII se creía que la proporción más eficaz (muy aproximada) era 1 parte de azufre: 3 partes de carbón: 9 partes de salitre. En el siglo XIII Roger Bacon había estado experimentando con un compuesto que contenía 29,5% de azufre, 29,5% de carbón y 41% de salitre, pero finalmente descubrió que la mejor proporción era 10:15:75 (la fórmula moderna). La siguiente gran mejora se produjo cuando durante el siglo XIV en Europa se comenzó a agregar agua a la mezcla con el fin de formar una pasta que se podía secar y moler en bolas conocida como “polvo en grano”. Esto aumentó en gran medida la practicidad del compuesto y, con ello, la eficacia de las armas primitivas, ya que la pólvora en conserva era más duradera y segura (la pasta seca aseguraría que casi todos los ingredientes se encendieran al mismo tiempo y explotaran como uno solo).

La química de la pólvora

Como hemos comentado anteriormente, la formula actual de la pólvora, también denominada pólvora negra, contiene un 75 % de nitrato de potasio (KNO3) o salitre, un 15 % de carbón (este carbón en las reacciones químicas se representa como si solo fuese carbono (C), cuando en realidad suele ser carbón vegetal que tiene una formula química aproximada de C7H4O) y un 10 % de azufre (S). La reacción química que conduce a la combustión de la pólvora no es fácil de estudiar porque en realidad no es solo una simple reacción, sino que se producen muchas reacciones intermedias que conducen al resultado final. Sin embargo, es posible expresar la reacción con una ecuación simplificada que proporciona una idea general como ocurre:

10KNO3 + 8C +3S → 2K2CO3 + 3K2SO4 + 6CO2 + 5N2

Aunque no lo parezca por la falta de oxígeno en los reactivos, este es una reacción de combustión en la que cada uno de estos compuestos originales (salitre, carbón y azufre) cumple una función determinada. Si vamos analizando paso por paso lo primero que ocurre es que, al calentar la mezcla, normalmente acercando una llama, el azufre es el primero que empieza a quemarse a baja temperatura y forma rápidamente dióxido y trióxido de azufre, SO2 y SO3,respectivamente. Al reaccionar estos óxidos de azufre con moléculas de agua procedentes, no de la combustión, sino de la humedad, se producen ácido sulfúrico (H2SO4) y sulfuroso (H2SO3). Estas reacciones del azufre son en gran medida exotérmicas, es decir, liberan energía que se transforma en un aumento más drástico de la temperatura. Esto ocasiona que también se empiece a encender el carbón que, de nuevo, contribuye a subir más la temperatura. A cierta temperatura las moléculas de salitre se rompen liberando potasio por un lado y oxígeno por otro y es este último el que alimenta la reacción de combustión. Los productos de esta reacción son gases de nitrógeno (N2) y dióxido de carbono (CO2) y productos sólidos como el sulfuro de potasio (K2SO4) y el carbonato de potasio (K2CO3).

Es importante señalar que simplemente mezclar estos tres componentes no es suficiente para producir pólvora de buena calidad. Los tres compuestos deben mezclarse, humedecerse y molerse completamente para producir una mezcla homogénea que sea reactiva. A veces se utilizan pequeñas variaciones de la composición más estándar para alterar el comportamiento de combustión de la mezcla. De hecho, una cosa que se suele hacer con frecuencia es añadir pequeñas cantidades de agua a la mezcla para extender el tiempo de combustión.

Una curiosidad de la reacción de combustión de la pólvora es que no necesita el aire para tener lugar, por eso los petardos o los fuegos artificiales explotan también debajo del agua. Esto es así porque el oxígeno que se emplea en la reacción no se coge del aire, sino que es parte del salitre descompuesto de la mezcla inicial. Esto significa que, evidentemente, el agua no va a evitar la reacción de la pólvora con lo que es inútil utilizar agua.  

Uno de los usos más comunes de la pólvora es en los fuegos artificiales. Se utiliza en éstos como “carga elevadora” que impulsa los fuegos artificiales hacia arriba. Las altas temperaturas que se alcanzan en la reacción hacen que los gases producidos en la reacción se expandan rápidamente, produciendo una fuerza explosiva que proporciona la acción propulsora. La mecha, que permite retrasar el estallido de los fuegos artificiales, también contiene pólvora. La ignición del carbón en la pólvora es normalmente la fuente de las brillantes colas de los fuegos artificiales a medida que ascienden. Los gases producidos por la reacción de combustión son los causantes del efecto propulsor y del eventual estallido de los fuegos artificiales. En realidad, el invento de la pólvora y la artillería hizo posible el desarrollo de los cohetes que, con el tiempo, permitieron al ser humano salir de las fronteras de su mundo.

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