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작성자 이창호
작성일 2005-01-12 (수) 20:12
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ㆍ조회: 1932      
[물질] 화약 (두산)
화약 gunpowder 火藥

고체 또는 액체 폭발성 물질로서 일부분에 충격 또는 열을 가하면 순간적으로 전체가 기체물질로 변하고 동시에 다량의 열을 발생하면서 기체의 팽창력에 의해서 유효한 일을 하는 물질.

I. 개관

폭발성 물질이라도 폭발시에 발생하는 에너지를 공업용 등으로 유효하게 이용할 수 없는 것은 화약류라고 할 수 없다. 또 좁은 뜻으로는 추진제(推進劑)를 가리키기도 한다. 화약류의 폭발은 주로 산화반응, 즉 연소에 의해서 일어나는데 연소속도가 빠르고 높은 온도가 되며 급격한 가스팽창에 의해서 음향과 파괴력이 발생하는 현상을 폭발이라고 한다. 그리고 폭발의 전파속도(傳播速度)가 매질 내의 음속보다 커서 강한 충격파를 발생하는 경우를 폭굉(爆轟)이라고 한다.

일반적으로 폭발이라는 말은 압력의 급격한 해방을 가리키지만, 화약류의 경우는 폭발로 간주되는 경우라도 폭발속도(정확히 말하면 화염전파속도)가 음속보다 작을 때는 연소라고 한다. 그리고 폭발은 폭굉의 뜻으로 사용되는 일이 많다. 그러나 연소와 폭굉을 합한 것을 폭발이라고 하는 일도 있다.

화약학에서 엄밀히 정의하면, 뒤에 언급하는 흑색화약(黑色火藥)의 폭발은 연소이고 화포(火砲) 내에서의 추진제의 연소는 일반적으로 폭발적이므로 폭연(爆燃)이라고 하는 일이 있으나 폭굉은 아니다. 화약학에서는 연소인 경우의 화염의 전파속도를 연속(燃速), 폭굉의 경우의 전파속도를 폭속(爆速)이라고 한다. 화약류는 법규적으로 화약·폭약·화공품(火工品)으로 분류된다. 연소에 의해서 탄환 등의 물체를 추진시키는 것을 단순히 화약, 파괴적 폭발의 용도를 가진 것을 폭약이라고 한다.

또 다른 분류법으로는 화약류를 파괴약·추진제·화공품으로 분류하고 있다. 파괴약에는 암석의 폭파(發破라고 한다)에 사용되는 파괴약과 폭탄 등을 작열시키는 작약(炸藥:단지 폭약이라고도 한다)이 있다. 추진제는 앞에서 말한 바와 같이 포탄 또는 로켓의 발사에 사용된다. 화공품은 파괴약이나 추진제에 폭발을 일으키거나(點火·點爆) 전달하는 구실을 한다.

II. 역사

화약류의 역사는 아주 오래되어 중국·인도에서는 일찍부터 사용되었으며, 그 제조법이 동서양에 전해진 것으로 생각된다. 기록에 남아 있는 것으로는 275년 J.아프리카누스의 질산칼륨과 황의 혼합물에 관한 기재에서 비롯된다고 한다. 667년에는 칼리니코스가 그리스의 불(황·로진·생석회·석유의 혼합합물)을 발명하였으며, 이것을 발전시켜서 1313년에 슈바르츠가 흑색화약을 발명하였는데, 그 후 화약은 흑색화약이 유일한 것이 되었다.

1786년에는 C.L.베르톨레가 흑색화약에 염소산칼륨을 사용하는 방법을 발명하였는데(베르톨레 화약), 이것이 최초의 폭굉물질의 발견이었다. 그 후 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. 1878년에는 니트로글리세린을 니트로셀룰로오스로 젤라틴화하는 데 성공하였다. 이것이 현재의 다이너마이트의 기초이다.

그 후 흑색화약은 오랫동안 지켜오던 화약의 왕좌를 다이너마이트에 넘겨주었다. 또 이 무렵 노벨 등에 의해서 B화약(84), 발리스타이트(1888), 코다이트(1889) 등 일련의 무연화약이 제조되어 총포용 발사약으로 사용되었으며, 이것들이 그 후의 발사약의 기초가 되었다. 20세기에 들어서자 트리니트로톨루엔(1904)·피크르산·트리메틸렌트리니트라민이 작약으로서 전쟁에 등장하였다. 근래에는 로켓 추진제용의 고성능인 특수화약 등 많은 새로운 화약이 제조되고 있다.

이상에서 말한 것 외에 화약류를 사용한 제품으로서는 연화(煙火)·발광제 제품(조명탄·색광제 제품)·발연통(發煙筒)·성냥 등이 있으며, 화약류 및 이들 여러 제품을 제조하는 공업을 화약공업이라고 한다. 화약공업은 유기합성공업의 한 부문이며, 원료면에서는 특히 방향족화합물을 많이 사용하는 등의 이유에서 염료공업·의약품공업과 밀접한 관계를 가지고 있다. 원료·중간물질 등의 상호교환도 이루어지며, 또 질산을 필요로 하므로 암모니아 합성공업과도 관련이 있다. 화약류의 제조 및 양도·운반·보관·저장·소비·폐기 등 취급 전반에 관해서는 1981년에 제정된 총포·도검·화약류 단속법에 의해서 엄격히 규정되어 있으며, 화약류를 취급할 수 있는 사람은 유자격자에 한하고 있다.

III. 성능

화약류 폭발의 난이(難易)는 감도로 나타낸다. 감도에는 열감도·충격감도·순폭성(殉爆性:유폭) 마찰감도 등의 종류가 있다. 감도가 극히 높아서 약간의 충격에 의해서도 폭발하면 운반·보존이 곤란하므로 다이너마이트와 같은 실용화약은 일반적으로 화학적 또는 물리적으로 감도를 저하시키는 처치가 되어 있다. 한편, 폭발에 수반되는 파괴 및 추진의 효과를 폭력(爆力) 또는 맹도(猛度)라고 한다. 감도가 낮은 것, 즉 폭발하기 어려운 더블베이스(double base) 추진제 등은 강력한 폭약(기폭제)을 사용하여 점폭하지 않으면 폭발하지 않는다.

기폭제로서 사용되는 감도가 극히 높은 뇌홍(雷汞:풀민산수은)이나 니트로만니톨은 중간 정도의 감도인 다이너마이트나 트리니트로톨루엔(TNT)의 점폭에 사용된다. 일반적으로 기폭제용 화약류는 폭력이 작고 그보다 감도가 낮은 화약류는 폭력이 큰데, 다이너마이트는 낮은 감도에도 불구하고 오히려 폭력이 큰 특징을 지니고 있다. 한편, 저장보관 중 등에 일어나는 화약의 완만한 분해에 대해서는 안정도라는 척도가 사용되며, 질산에스테르류나 붉은 인(燐) 등의 성분은 각각 분해나 자연발화를 하는 일이 있어 안정도가 낮다. 공업화약류는 대부분 적당한 안정화처리를 하여 분해나 자연발화를 방지하고 있다.

IV. 조성

화약류를 조성(組成)에 따라 분류하면 단일화합물로 이루어지는 화합화약류와, 2종 이상의 폭발성 화합물의 혼합물, 폭발성 화합물과 비활성 물질의 혼합물, 산화제와 가연물(可燃物)의 혼합물, 2종 이상의 비폭발성 물질의 혼합물 등으로 이루어지는 혼합화약류의 두 가지가 있다. ⑴ 화합화약류:각 화합물이 모두 분자 속에 N-O결합·N-N결합 등 폭발성 물질의 특유한 구조를 가지며, 또한 1분자 속에 산소성분과 피산화성분(被酸化成分)이 들어 있어서 1분자가 화약류로서의 형태를 취하고 있다.

질산에스테르류는 알코올에 질산을 작용시키면 얻어지며, 또 방향족 탄화수소에 질산을 작용시키면 니트로화합물이 얻어진다. ⑵ 혼합화약류:대부분은 산소·질산염·질소산화물·과염소산염 등의 산화제와 가연물과의 혼합물이다. 화합화약류에 비해서 일반적으로 폭속은 느리지만 충격이나 마찰에 대하여 민감하여 폭발하기 쉽다.

주요한 것으로는 질산암모늄폭약·칼릿·흑색화약·액체산소폭약 등이 있다. 질안폭약은 질산암모늄(질안)을 기제(基劑)로 하고 이것에 가연물 및 다른 약제를 배합한 것이며, 질산암모늄유제폭약(ANFO폭약)도 넓은 뜻으로는 이에 속한다. 질산암모늄폭약에는 탄갱용으로서 폭발시 갱내 가스에의 인화를 방지하기 위한 감열(減熱)·소염제(消炎劑)를 첨가한 단지‘질산암모늄폭약’이라 불리는 것과 암석발파용의‘안몬폭약’이 있다.

칼릿은 과염소산암모늄을 기제로 하고 이것에 규소철·목분(木粉)·중유를 배합한 것이다. 흑색화약은 질산칼륨 60∼70%, 황 10∼25%, 목탄 10∼20%의 혼합물이며, 폭발은 일으키지 않고 약간의 충격에 의해서 격렬하게 연소한다. 액체산소폭약은 강력한 산화제가 되는 액체산소를 연질목탄 등 다공성(多孔性)인 가연물에 스며들게 하여 점화·폭발시키는 폭약이다. 폭발시의 발열량은 폭약 중에서 최대이고 맹도도 크지만, 액체산소의 저장·운반이 곤란하여 갱외채석(坑外採石)과 토목공사에 한해서 사용되고 있다.

V. 화약류와 화공품

중요한 화약류로는 다이너마이트와 무연화약이 있다. 다이너마이트는 니트로글리세린 및 그 유사물을 기제로서 6% 이상 함유하는 폭파약으로서 종류가 매우 많으며, 규조토(珪藻土) 다이너마이트나 질산나트륨과 질산암모늄을 배합한 암모니아다이너마이트 등 혼합화약에 속하는 것도 있다. 다이너마이트는 현재 공업용 화약류 중에서 가장 중요한 위치를 차지하고 있다.

무연화약은 혼합화약의 일종으로서 발사제와 로켓 추진제로 사용되고 있다. 기제에 적당한 용제를 가하여 팽윤 용해시킨 다음 용제를 제거하면 치밀한 조직을 가진 화약이 되며, 연소할 때 검은 연기를 내지 않고 고체인 연소생성물도 남지 않는다. 단일기제를 사용한 싱글베이스 휘발성 용제추진제(B화약 등)나 니트로셀룰로오스와 니트로글리세린 등 2종의 기제로 이루어지는 더블베이스 추진제(코다이트 등)가 그 예이다.

화약류가 연소나 폭발을 일으킬 때 필요량의 산소분을 가지고 있지 않거나 연소·폭발의 상황에 따라서는 다량으로 발생하는 질소·이산화탄소·수증기 외에 질소화합물·일산화탄소 등의 유독가스가 함유되어 있다. 이러한 가스를 전체적으로 후생(後生)가스라고 하며, 일반적으로는 유독가스의 발생을 방지하기 위해서 질산암모늄이나 염소산칼륨 등이 산화제로서 과잉으로 배합되어 있다.

또한 갱외용 칼릿의 폭발에서는 염화수소가, 또 황광산(黃鑛山)에서의 폭발에서는 후생가스 속에 황화수소나 이산화황(아황산가스)이 함유되어 있는 일이 있으므로 주의해야 한다. 금속·종이 또는 천으로 만든 용기에 화약류를 넣고 그 연소 또는 폭발에 의해서 다른 화약류를 안전 확실하게 연소 또는 폭발시키는 데 사용하는 각종 화약제품의 총칭이다.

VI. 도화선과 도폭선

도화선은 지름 1.5mm 정도의 분말 흑색화약인 심약(心藥)을 실이나 종이로 피복하여 끈처럼 만든 것이다. 한쪽 끝에 점화하면 심약의 연소가 진행되어 다른 끝에서 발한 불꽃이 접속한 뇌관(雷管)이나 화약·폭약을 점화·점폭한다. 심약이 연소하는 속도에 따라 완연식(緩燃式)과 속연식(速燃式)의 2종이 있는데, 보통 완연식이 실용되며, 1m 연소하는 데 100∼140초가 소요된다.

도폭선(導爆線)은 화합화약을 심약으로 사용한 것으로서 트리니트로톨루엔(TNT)·피크르산 등을 가느다란 금속관에 채운 것과 펜트라이트를 실이나 종이로 피복한 것(펜트라이트 도폭선)이 있다. 폭속은 매초 4.5∼5.5km로 극히 크며, 필요량의 폭약을 도폭선의 한 끝에 잡아매고 다른 끝을 뇌관에 의해서 점폭하면 다량의 폭약을 거의 동시에 폭발시킬 수 있다.

VII. 뇌관

뇌관은 화약류를 기폭시킬 목적으로 사용되는 것으로서, 알루미늄 또는 구리로 만든 관체(管體)·기폭제·첨장약(添裝藥)으로 구성되는 혼성뇌관이 주로 사용되고 있다. 관체의 바닥에 강력한 폭약인 테트릴·펜트라이트·헥소겐 등의 첨장약을, 그 위에 뇌홍·염소산칼륨·아지드화납·트리니트로레조르신납 등의 기폭제를 채운 것이다. 접속한 도화선의 불꽃에 의해서 기폭제가 연소·폭발하고, 이에 따라 첨장약이 기폭된다.

도화선을 바닥에 잡아맨 뇌관을, 점화시키고자 하는 폭약 속에 넣고 발화시키면 첨장약의 폭발에 의해서 관체는 파편이 되어 주위의 폭약에 격렬한 충격을 주어 기폭시킨다. 공업뇌관에는 전기적 점화장치를 내장한 전기뇌관이 있는데, 이 경우 도화선은 불필요하며 원격조작 할 수 있다.

출전 : [두산세계대백과 Encyber Deluxe], ㈜두산, 2002
   
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