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작성자 이창호
작성일 2005-01-12 (수) 20:13
분 류 사전2
ㆍ조회: 2823      
[물질] 화약 (한메)
화약 火藥 explosive

고체나 액체의 폭발성 물질.

폭발할 때에 발생하는 에너지를 공업용 등으로 유효하게 이용할 수 있는 것을 화약류라 총칭한다. 넓은 뜻으로는 화약류, 좁은 뜻으로는 발사약(發射藥)이나 추진약(推進藥)을 가리킨다. 화약은 경미한 교란작용으로 화학변화를 일으켜 원래의 부피에 비해 대단히 많은 가스를 발생시키고 이 가스가 발생할 때 방출되는 열에 의해 크게 팽창되는 것이다.

[분류]

<용도에 의한 분류>

① 폭파약(blastingexplosive):군사·토목에서 암석 흙 등을 폭파하는 데 사용되며 다이너마이트류가 여기에 속한다. ② 발사약(propellant):탄환의 발사에 사용되는 것으로서 흑색화약·무연화약이 그 주가 된다. ③ 작약(burstingexplosive):탄환·지뢰 등을 작렬시키는 데 사용되는 것으로 피크르산·강면화약(强綿火藥) 등이 있다. ④ 기폭약(initiator):작은 자극으로서 폭발하고 그것에 따라 작약·폭약 등의 폭발을 유도하는 것으로 뇌홍(雷汞)·아지드화납 등이 있다.

<조성에 의한 분류>

⑴ 혼합화약류

① 질산염 혼합화약류:초석(질산칼륨의 광물명)·칠레초석 등의 산화제와 가연성물질인 황·탄소와의 혼합물(흑색화약)이다. ② 과염소산염 폭약:과염소산암모늄·과염소산칼륨 등의 산화제와 규소철(珪素鐵)·목재가루 등의 가연성 물질과의 혼합물(칼릿, carlit)이다. ③ 염소산염 폭약:염소산 칼륨과 황·탄소, 혹은 유기용제와의 혼합물(딱총약 또는 슈프렝겔폭약)이다. ④ 액체공기 폭약:액체산소와 가연성 물질과의 혼합물(LDX)이다.

⑵ 화합화약류

① 질산에스테르류:유기화합물 중의 수산기와 질산이 결합하여 만든 것이다(니트로글리세린·니트로셀룰로오스). ② 니트로화합물:유기화합물 중의 수소와 니트로기가 치환하여 결합된 것이다(TNT). ③ 기타 화합화약류:기타 불안정한 화합물(뇌홍·아지드화납)이다.

<성능에 의한 분류>

① 맹성화약류(폭약):폭발속도가 빠른 것. 매초 2000∼8000m이다(TNT·다이너마이트). ② 완성화약류(화약):폭발속도가 느린 것. 매초 300m이하(흑색화약·무연화약)이다.

<법령에 의한 분류>

① 화약(완성화약류):흑색화약·니트로셀룰로오스(질산섬유소) ② 폭약(맹성화약류):TNT·다이너마이트 ③ 화공품(화약제품):뇌관·탄환·지뢰·화포 등이 있다.

[화약류의 폭발반응]

폭발반응에 있어서 화약류의 안정 상태를 파괴할 때 일어나는 화학변화를 폭발이라 하고, 이를 폭연·폭굉으로 구별한다. 화약류의 폭발은 화약류의 급속한 연소에 의하여 일어나며, 충격파의 발생과 생성 가스의 팽창에 의하여 물체를 파괴하거나 날리거나 한다. 연소속도가 연소가 전하는 매질 속의 음속보다 빠른 연소를 폭굉(爆轟;detonation)이라 한다. 화약류의 폭굉 이외의 연소를 연소 또는 폭연(爆燃;deflagration)이라 한다. 폭굉이 발생하면 주위에 충격파가 방출되어, 그 작용에 의해서 주위의 물체가 파괴된다.

한편 폭연의 경우에는 충격파는 발생하지 않고, 주로 연소로 생성된 고온가스의 팽창에 의하여 추진력이 생긴다. 폭약의 폭굉 유기(誘起)에는 기폭약을 사용하는데 기폭약이 빠른 속도로 분해하고 그 활성가스가 폭약에 충돌하면 폭굉이 일어난다. 소량의 폭약에 점화하면 연소하나 대량이 되면 연소생성가스의 활성화가 증대하여 폭굉하게 된다. 폭굉은 보통 매초 2000∼8000m의 속도를 가지며 급격한 압력의 발생으로 큰 파괴력을 갖는다.

그러므로 탄환의 작약, 암석의 발파용 등의 폭약류 성능이 있다. 폭약의 정확한 폭발을 위해서는 여러 단계로 나누어 성능에 따라 각종 화약류를 사용하여야 한다. 폭약의 폭발에는 전폭약(傳爆藥)이 필요하고, 전폭약의 폭발에는 기폭약이 필요하다. 보통 공업용 뇌관에는 기폭약과 전폭약이 장치되어 있으므로 실제 폭약의 폭발은 특수한 경우를 제외하고 공업뇌관으로서도 충분히 유발할 수 있다.

[대표적 화약류의 조성·특성]

<흑색화약>

흑색화약은 초석·황·목탄의 혼합물로서 가장 오랜 역사를 가지고 있다. 목적에 따라 그 조성이 조금씩 다르나 대략 초석 75%, 황 10%, 목탄 15%의 것이 가장 강도가 크다. 초석 대신 저렴한 칠레초석을 사용하면 동일 조성에서 강도가 약간 커지나, 흡수성이 강하여 자가제조한 뒤 즉시 사용하면 양호하지만 저장하기에는 부적당하다.

정제한 초석과 황, 그리고 백양·오동·포플러 등 섬유소의 함량이 많은 목재로 만든 목탄을 각각 미세하게 분쇄한 뒤 황과 목탄을 잘 혼합하고 다시 초석가루를 균일하게 혼합하여 가루모양 혹은 입자모양으로 성품한다. 타격에 안정하고 265禑∼275℃에서 발화한다. 폭발생성물은 비교적 회분(灰分)이 많고 폭발하면 폭연하나 폭굉하지 못하므로 폭약으로서는 약하고 발사약으로 적당하다.

<면약 또는 질산섬유소>

질산섬유소는 섬유소에 질산을 반응시켜 얻는 질산에스테르이다. 이들 중 화약으로 쓰이는 것을 면약(綿藥)이라 한다. 에스테르화의 정도에 따라서 성능과 용도가 다르며 질소 함량 10.2∼12.7%의 것은 에테르와 알코올(2:1) 혼합용액에 용해하고(약면약), 12.7% 이상의 것은 용해하지 않는다(강면약). 또 10.2% 이상의 모든 것이 아세톤에 용해하는데 비하여 10.2% 이하의 것은 용해하지 않는다.

강면약은 면화약(송화약;섬유에 진한 질산을 작용시켜 생기는 질산에스테르 중, 그 질화도가 높은 것)으로 사용되고 약면약은 셀룰로이드·래커 등으로 널리 이용된다. 발화점은 180禑∼184℃이고 점화하면 긴 불꽃을 내면서 급속히 연소하는데, 잘 건조된 강면약은 흑색화약상에서 연소시켜도 흑색화약을 발화하지 못하며 수분 15%의 강면약은 노천에서 점화하여도 연소하지 않고 연기만 발산시킨다.

소량의 건조한 강면약은 노천에서 점화하면 연소할 뿐이나, 밀폐된 공간에서는 화염과 생성가스에 의하여 압력을 발생하고 폭발한다. 기폭약을 사용하면 노천에서도 잘 폭발하며 밀폐된 공간에서는 거의 폭굉한다. 폭발생성물은 약 0.2%의 회분을 제외하고 모두 가스체이다. 무연화약이란 여기에 기인한 명칭이다.

<니트로글리세린>

니트로글리세린은 글리세린의 질산에스테르이다. 수분이 거의 없는 글리세린을 15禑∼18℃에서 진한질산과 진한황산의 혼산(4:6)에 서서히 투입하여 만드는데, 생성된 니트로글리세린은 혼산 상부에 분리되어 나온다. 분리된 것을 안정화하기 위하여 물세척와 알칼리세척으로 정제하면 담황색의 유상(油狀) 액체를 얻는데 그 증기나 미량을 호흡 또는 피부접촉하면 두통 혹은 중독을 일으킨다. 물에는 거의 녹지 않으나 유기용제에는 모두 잘 녹는다.

니트로글리세린은 쉽게 연소하지 않는다. 성냥불을 급속히 투입하면 꺼질 정도이나 투가하여 방치하면 잠시 후 점화되며, 극소량이면 알코올과 같이 서서히 연소하지만 비교적 다량이면 열이 축적되므로 폭발한다. 100℃에서는 분해하기 시작하나 50℃이하에서는 분해하지 않으므로 동결한 것은 이 온도 이하에서 사용하여야 한다(동결한 것은 둔하여 완전 발파가 곤란하다). 폭발생성물은 탄산가스·수증기·질소가스·산소로서 유독성이 없으므로 갱내(坑內)와 같은 밀폐된 작업장에서 사용함이 적당하다. 니트로글리세린은 충격에 대단히 예민하므로 주의할 필요가 있다.

<다이너마이트>

다이너마이트는 상태와 용도에 따라 ① 비교질(非膠質) 다이너마이트 ② 교질 다이너마이트 ③ 질산암모늄 다이너마이트 ④ 탄광용 다이너마이트 등으로 분류할 수 있는데 그 가운데 비교질·교질 다이너마이트의 특징은 다음과 같다.

⑴ 비교질 다이너마이트

1863년 A. 노벨은 니트로글리세린을 액상으로 발파구에 충전하여 사용하였으나 액상니트로글리세린의 취급은 불편하고 위험하여 흡수제를 조사한 결과 규조토에 흡수시켜 가소성 물질로서 사용하는 방법을 발견하였다. 규조토다이너마이트 즉 다이너마이트의 발명이다. 규조토다이너마이트는 니트로글리세린이 70∼80%이고, 나머지는 무활성적인 규조토이므로 활성 흡수제로서 초석·칠레초석·황·목재가루·목탄을 사용한 다이너마이트를 스트레이트 다이너마이트(straightdynamite)라고 하며 니트로글리세린의 함량은 40∼60%이다.

⑵ 교질 다이너마이트

1878년 노벨은 니트로글리세린과 약면약을 혼합하여 가온할 때 서로 녹아서 교질이 됨을 알았다. 이것이 블래스팅젤라틴이다. 이것은 미세하게 분쇄 할 수 있으나 너무 비싸고 널리 발파가 되지 않으므로 현재 사용하는 교질 다이너마이트는 니트로글리세린에 소량의 약면약을 가하여 묽은 제리처럼 만든 뒤, 초석·질산암모늄·목재가루를 혼합하여 가격을 저하시키고 그 힘을 완화한 것이다.

교질 다이너마이트는 니트로글리세린의 함량과 배합 성분의 혼합 비율에 따라서 10여 종이 있는데 니트로글리세린의 함량이 적을수록 내수성·폭속·순폭도(純爆度)·비중 등이 감소하며 20%까지는 가소성 및 교질상태를 유지한다. 현재 가장 널리 사용되는 교질 다이너마이트는 니트로글리세린 30%, 약면약 1∼2%, 질산암모늄 60%, 목재가루 혹은 나프탈렌 2∼7%의 것이다.

<슈프렝겔 폭약>

화약류는 모두 보통 물품에 비하여 위험하며 운전·저장시에 사고를 일으키기 쉽다. 이에 1873년 H.J.P. 슈프렝겔은 불폭발성이며 안전한 것들을 혼합하면 즉시 폭약이 되는 것을 연구하여 질산과 니트로벤젠을 제안하였다. 그 후 미국에서 고안된 래커록은 분쇄한 염소산칼륨를 종이부대에 넣어 저장하고 사용할 때에는 니트로벤젠 혹은 이황화탄소의 가연성 액체를 침투시켜 일정량을 흡수시키는 데, 염소산칼륨 79%, 니트로벤젠 21%의 것이 가장 위력이 세다.

<액체공기폭약>

C.P.G.R. 린데가 공기의 액화를 발명하였을 때 제안한 것으로 목탄·녹말·석탄가루·목재가루·황·알루미늄가루 등을 혼합하여 약포를 만들고, 사용할 때 액체공기를 침투하게 하여 뇌관으로 폭발시킨다. 이 방법은 대규모 노천 굴진의 경우 현장에서 액체공기를 만들어서 사용한다.



석탄 건류공업에서 생산되는 톨루엔을 에스테르화하여 얻는 황색의 침상 결정으로 단일물질이다. 녹는점은 81℃이고 기계적 작업에 대해서는 대단히 둔하며 장기 저장하여도 변하지 않아서 군용으로 대단히 중요하게 쓰인다. 광업용으로서는 가격이 비싸고 폭발생성물에 일산화탄소가 많이 포함되어 있으므로 갱내 작업에는 사용할 수 없다.

<피크르산>

과거에 황색염료로서 사용하였던 만큼 예민하지는 않으나, 금속의 염은 기폭약과 함께 대단히 예민한 폭발을 한다. 피크르산은 금속의 접촉 없이는 저장중 변하지 않으며 폭발위력이 매우 커서 군용화약으로서 많이 사용된다. 광택있는 침상 결정으로서 녹는점은 120℃이고, 발화점은 300℃이다. 냉수에는 잘 녹지 않으나 유기용제에는 잘 녹으며 단백질과 화합하므로 동물질섬유에는 건조한 착색을 한다. 점화하면 연기를 내며 연소하나 뇌관으로써 폭발하면 폭굉한다. 폭발생성물은 TNT와 같이 일산화탄소를 다량 포함하므로 갱내작업용으로는 부적당하다.

<테트릴>

디메틸아닐린을 에스테르화하여 얻는 청황색 가루모양 물질로서 녹는점은 130℃이다. 그 폭발력이 매우 크고 예민한 감도를 가지므로 현재 전폭약으로서 광업용 및 군용으로 널리 사용되고 있다.

<뇌홍>

풀민산수은(Ⅱ)이라고도 하는데, 수은을 질산에 용해하고 그 용액을 에탄올과 혼합·작용시키면 생성된다. 뇌홍은 제조 조건에 따라 회색·흰색·담황색을 띠며 가장 예민하고 맹렬한 폭약으로 충격마찰이나 가열로써 쉽고 확실하게 폭굉시킬 수 있다. 그러므로 기폭약으로 광범위한 수요를 갖는다.

[뇌관]

뇌관은 폭약을 폭굉하도록 기폭약과 전폭약을 관에 장치한 화공품으로 뇌홍뇌관과 아지드화납뇌관이 있다. 뇌홍뇌관은 구리관체에 테트릴 혹은 헥소겐을 압착·장입하고 그 위에 뇌홍과 염소산칼륨으로 만든 폭분(4:1)을 압입한 것으로 공업뇌관으로 광범위하게 쓰인다. 아지드화납뇌관은 알루미늄관체를 사용하며 하부에 테트릴 혹은 헥소겐을 장입하고 그 위에 아지드화납을 압입한 것이다.

[도화선]

성능에 따라 완연도화선·속연도화선·도폭선으로 분류한다. 완연도화선은 안전도화선이라고도 하며 가장 널리 사용하는 데 흑색화약의 가루모양 혹은 미세한 입자를 심지 면사에 바르고 그 주위에 황마사를 감고 방수제 등을 도포한 것으로, 포장한 정도로서 제 1 종, 제 2 종, 제 3 종으로 다시 구별한다. 그 연소속도는 1m에 대하여 100∼120초를 표준으로 하고 있다.

속연도화선은 흑색화약을 심지에 도포하고 면테이프로 피복한 후 인조고무 등으로 완전방수한 것으로 폭발속도는 매초 30∼100m이다. 도폭선은 직경 5∼5.5㎜ 되는 금속관 혹은 면사제관에 TNT 혹은 펜트리트를 장입한 것으로서 점화하면 연소할 뿐이나, 뇌관으로서 점폭하면 폭굉하며 매초 5000∼6800m의 속도로 전파된다. 이것은 분산된 폭약의 동시 폭발에 쓰인다.

[역사]

화약은 중국인의 4대발명 가운데 하나로 일찍부터 사용되었으며, 그 제조법이 동서양에 전해진 것으로 생각된다. 기록에 남아 있는 것으로는 275년 J. 아프리카누스의 질산칼륨과 황의 혼합물에 관한 기재에서 비롯된다고 한다. 667년에는 칼리니코스가 그리스불(황·로진·생석회·석유의 혼합물)을 발명하였으며, 이것을 발전시켜서 1313년에 B. 슈바르츠가 흑색화약을 발명하였는데, 그 뒤 화약은 흑색화약이 유일한 것이 되었다.

1786년에는 C.L. 베르톨레가 흑색화약에 염소산칼륨을 사용하는 방법을 발명하였는데(베르톨레화약), 이것이 최초의 폭굉물질의 발견이었다. 그 뒤 화학이 발달함에 따라 뇌홍(1800)·니트로셀룰로오스(1838)·강면화약(1845) 등의 화약류가 발명되었다. 1847년에는 A. 소브레로가 니트로글리세린을 발견하였으나 취급하기가 위험했기 때문에 실용화되지는 못하였다.

1866년에 A. 노벨은 이것을 규조토에 흡수시켜서 안전하게 사용할 수 있는 방법을 발견하고, 이것을 다이너마이트라고 명명하였다. 또 1878년에는 니트로글리세린을 니트로셀룰로오스로 젤라틴화하는 데 성공하였다. 이것이 현재의 다이너마이트의 기초이다. 그 뒤 흑색화약은 오랫동안 지켜 오던 화약의 왕좌를 다이너마이트에 넘겨 주었다. 또 이 무렵 노벨 등에 의해서 B화약(1884)·발리스타이트(1888)·코다이트(1889) 등 일련의 무연화약이 제조되어 총포용 발사약으로 사용되었다. 20세기에 들어서자 트리니트로톨루엔(1904)·피크르산·헥소겐이 작약으로서 전쟁에 등장하였다. 근래에는 로켓 추진제용, 고성능 특수화약 등 새로운 화약이 제조되고 있다.

[한국의 화약]

고려 말 잦은 왜구의 침략을 물리치기 위하여 최무선(崔戊宣)이 최초로 화약을 제조하게 되었다. 그는 중국인 이원(李元)으로부터 염초(焰硝)를 흙에서 추출하는 방법을 배우고 1377년 화통도감을 설치하였다. 이후 화약과 각종 화기 제조가 활발해지고 1378년에는 화통방사군이라는 화기발사 전문부대가 편성되기에 이르렀다. 이렇게 발달한 화약병기는 고려 말 30년간 왜구의 침략을 물리치는 데 큰 역할을 하였다.

조선시대에 들어와 태종·세종·문종을 거치면서 화기와 화약 제조기술은 발전을 거듭하였고 국가적으로 대량생산이 이루어졌다. 문종 때는 전국 25곳에 도회소를 설치, 여기에서 나라의 인가를 받은 사람만이 염초를 제조하여 전량을 국가에 바쳐 그 비밀이 왜구에게 새어나가지 않도록 하였다. 그때의 정확한 제조기술은 알 수가 없고 다만 흙의 자연표면을 정화시키는 단순한 방법이었던 듯하다.

16∼17세기 초에는 화약제조공정에 변화가 생겼는데, 이는 성근(成根)이 중국에서 배우고 스스로 연구하여 완성한 화약제조방법을 이서(李曙)가 편찬하여 1635년 간행한 《신전자취염초방(新傳煮取焰硝方)》과 1698년 이루어진 《신전자초방(新傳煮硝方)》에 나타나 있다. 《신전자초방》에 소개된 방법은 먼저 흙과 재를 같은 부피의 비율로 섞어 항아리 안에 펴고 물을 부어 흘러나오는 물을 받아 가마에 넣고 달인다. 이 물을 식혀 모초(毛硝)를 얻고, 이 모초를 물에 녹여 다시 달여서 정제시킨다. 이렇게 얻은 정초(精硝) 1근에 버드나뭇재 3냥과 황가루 1냥 3전을 섞어 화약을 만든다.

이는 즉 흑색화약을 만드는 방법으로서 원료들의 비율은 현재 사용되고 있는 배합 범위에 들어 있다. 그러나 염초의 제조법이 비밀로 다루어져 민간에서는 개발이 이루어지지 않았으므로 국가적으로 계속 발전되지 못하였다.

출전 : [한메디지탈세계대백과 밀레니엄], 한메소프트, 1999
   
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