화약제조법

[하늘]

초석 75% 유황10% 목탄 15% 을 잘혼합 배합하면 화약이 됩니다.

*조선시대의 화약 제조법*

1단계로 초석 원재료를 구하는 과정.

2단계로 초석 원재료에서 초석을 추출해내는 과정 .

3단계로 정련한 초석, 유황, 목탄을 섞는 과정.

다시 세부적으로

취토,취회 -> 사수 -> 예초 -> 자초 -> 도침으로 나눌 수 있습니다.

1) 1단계 (취토와 취회)

1단계는 흙과 재를 구하는 과정인데 흙을 구하는 과정을 전통용어로 취토법

(取土法)이라고 합니다. 초석을 정련해 낼 수 있는 흙을 찾는 과정이죠.

흙은 주로 집 안의 처마 밑, 화장실 부근에서 구하는 것이 전통적인 방식인데,

신전자초방 이후에는 길가 (노상), 담 밑 부근 흙도 사용하게 됩니다.

조선 후기 방식인 신전자초방 방식도 처마 밑, 화장실 부근 흙도 여전히 사용

하지만 짠맛 대신 매운 맛의 흙을 주로 선택하는게 다른 점입니다.

짠 맛의 흙을 함토라고 하고, 매운 맛의 흙을 엄토라고 하는데, 조선 후기에는

주로 엄토를 사용했습니다. 질문대로 임진왜란 당시라면 마당 안에서 주로 함토를

채취했을 겁니다.

당시 함토를 채취하기 위해 궁궐은 물론 사대부 집안도 모두 개방시켰습니다.

벼슬살이 하는 관료가 자기 집에서 흙 채취하는 것을 거부하면 파직시키는

규정도 있었습니다. 사실 이것 때문에 말이 많았죠. 집안에 취토군들이 떼지어

들어와서 흙을 퍼가면 마당이 엉망이 됩니다. 이 때문에 취토군이 흙파러 못오게

마당에 모래 까는 사람도 있었다고 합니다.

흙말고 회(재,목탄)도 필요한데, 이 회를 얻는 과정을 취회법(取灰法)이라고 합니

다. 염초 제련단계에서 필요한 재와 최종 단계에서 필요한 재의 종류가 다릅니다.

염초 제련 단계에서 필요한 회는 다복재, 곡식대재, 잡초나 관목류의 재를 사용합

니다.

2) 2단계 (사수 -> 예초 -> 자초/재련)

2단계의 첫번째 과정은 구해온 흙과 재를 섞어서 물에 녹이는 과정입니다.

전통용어로 "사수"라고 합니다. 이때의 재는 위에서 말한 다복재, 곡식대

(쌀,보리,기장 기타)를 태운 재를 사용합니다.

사수단계에서 재를 사용하는 것은 신전자초방 방식입니다. 조선 전기방식에는

사수단계에서는 재를 섞지 않습니다. 따라서 질문하신 임진왜란 당시라면

사수단계에서 함토만 사용했을 겁니다.

큰 단지 밑에 작은 구멍을 뚫고 그 구멍에 관을 달아서 다른 통으로 연결시킵

니다. 단지 위에는 채를 얹고 채 위에 흙과 재를 놓습니다. 그리고 그 위로 물

을 조금식 흘려 보냅니다. 그러면 물에 녹은 성분은 연결된 다른 통에 모이게

됩니다. 다른 통에 모인 물을 정수(正水)라고 부릅니다.

두번째 과정은 모초(정련이 덜 된 초석)를 얻는 과정입니다. 전통용어로 이

단계를 "예초"라고 부릅니다. 사수 단계에서 얻은 정수를 물에 다시 끓이고

난후 식힙니다. 그러면 밑에 찌꺼기가 침전되고 물이 맑아집니다. 이 맑은

물을 다시 가열한후 차게 식히면 밑에 모초 덩어리들이 침전됩니다.

세번째 과정은 모초를 정련해서 정초(순수한 초석)을 얻는 과정입니다. 이 과정

을 '재련' 혹은 '자초'라고 부릅니다.

모초를 다시 물에 녹인후 물과 섞어서 끓입니다. 끓인 물에 다시 아교를 넣습

니다. 아교물을 넣으면 거품이 생기는데 이 거품을 걷어내서 제거합니다. 이 단

계를 여러번 반복한 다음 걸죽한 물을 퍼다가 다시 냉각, 건조시키면 정초를

얻습니다.

3) 3단계 (도침)

초석,재,유황을 섞어 실제로 화약을 만드는 과정입니다. 이 과정을 전통용어로

'도침법'이라고 합니다.

재련 혹은 자초 과정에서 얻은 정초(초석)를 다시 유회(버드나무를 태워 만든

숯), 유황과 섞고, 쌀뜨물(쌀 씻은 물)을 부워서 약간 걸죽하게 만든다음 계속

찧습니다. 계속 물을 뿌리면서 건조되지 않게 조심하면서 하루종일 찧습니다.

그리고 이것을 다시 건조하면 화약이 됩니다.

조선 전기 방식(임진왜란 포함)에서는 이 도침법 단계에서 극히 소량의 반묘

(벌레의 종류)를 섞습니다.

그리고, 조선 전기의 정확한 화약 종류는 기록이 없지만, 임란직후의 화포식

언해를 보면 5종류의 화약이 나오는데 이 중에 명화약과 왜약은 임진왜란때

새로 도입된 중국식과 일본식 화약제조법입니다.

나머지, 화약, 석류화전약, 분통약이 조선식 화약입니다. 석류화전약과 분통약

은 염초와 유회의 비율이 두드러지게 적고, 대신 유황이 많이 들어간 것이

특징입니다.

1635년(인조 13년)에 쓰여진 이서(李構)의 저서
<신전자취 염초방>에는 새로운 화약 제조 공정이 설명되어 있다. 이는 군관인 성근(成根)이 실험을 통해 알게 된 내용을 당시 병조판서였던 이서가 15개 공정에 따라 서술한 것이다. 기록은 이렇게 설명하고 있다.

“초석 제조의 원료가 되는 흙 중에서도 짜거나 시거나 달거나 쓴 흙이 좋은 원료가 되며 이것을 재와 오줌에 섞어 말똥으로 덮어두었다가 마른 뒤에 불에 태우며, 그 흙을 다시 잘 섞어 나무통에 담은 후 물을 붓는다. 화약을 장전 발사할 수 있게 고안된 차차의 총통기 용액을 가마에 넣고 끓이기를 세 번 한 뒤 식혀 결정시키면 화약의 주원료인 초석이 된다.”
이 책에는 흑색 화약 제조에 필요한 다음 공정에 대한 설명은 빠져 있다. 따라서 원료의 혼합 비율과 처리법은 전과 동일했을 것으로 추측된다. 그 뒤 반세기가 지난 후인 1698년 역관 김지남 등이 중국을 왕래하면서 터득한 화약 제조술을 기록한 것이 <신전자초방(新傳煮硝方)>이다. 이 책은 화약 제조 공정을 10개로 나누어 비교적 상세하게 적고 있다. 재료로 사용되는 흙의 경우 과거와는 달리 짠 맛이 나는 흙은 습기를 흡수하는 성질이 있어 쓰지 말도록 했으며 또 다른 원료인 재도 쑥이나 볏짚을 태운 것이 제일 좋으며 소나무 재는 쓸 수 없다고 설명하고 있다. 또 흙과 재를 같은 비율로 섞으며 바닥에 작은 구멍이 뚫린 독 안에 정자(井字)형 나무를 얼기설기 놓고 그 위에 발을 깔고 혼합한 원료를 고루 펼친 후 물을 부어 여기서 흘러나오는 물을 받아 가마에 넣고 끓이되 약간의 아교를 첨가하라고 나와 있다.
또 이 책은 흑색 화약 제조법에 대해서도 밝히고 있다. 화약은 초석 1근과 버드나무 재 3량, 고운 황가루 3돈중을 섞어 만들며 그 혼합량은 염초와 재와 황의 비율을 78: 15: 17로 적고 있다. 이는 오늘 날 화약을 만드는 비율 6: 1: 1의 비율과 매우 근사한 수치이다. 뿐만 아니라 혼합물을 쌀 씻은 맑은 쌀뜨물로 반죽하고 찧어서 떡과 같은 상태로 만든다고 설명하고 있는데 이 또한 현재 흑색 화약 제조법과 비슷하다. 이 공정은 과거 제조법과 원리는 같지만 공정이 매우 간단해진 것이 특징이다. <신전자초방>의 저자는 이렇게 만든 화약은 10년이 지나도 습기가 생기지 않는다고 설명하고, 원료인 흙과 재가 종전의 3분의 1밖에 들지 않는다고 설명하고 있다.
출전 화약 박물관

제조법은요

질산염 (질산나트륨, 질산칼륨)가루  70%,

유황가루 20%,

숯가루 10% 를 섞으면 조선시대에 쓰던 흑색화약이 됩니다.

질산염은 옛날에는 진흙을 정제해서 진흙에 조금 섞여있는 질산염을 뽑아서 썻고요,

사용 용도는 폭죽, 사냥총에도 쓰입니다.

그리고, 위험성은 잘모릅니다. 하지만 화약이니 불에 가까이 두면 위험하겠죠? 

 화약이 상자에 밀폐되어있으면 터질수도있고요.

질산칼륨·황·목탄을 혼합하여 만든 화약. 최초로 발명된 화약으로서 7세기 중국의 손사막(孫思邈)이 그 원형을 발명하였다고 하며, 1242년 영국의 R. 베이컨이 그 조성을 기록하였다. 그 뒤 19세기 후반 다이너마이트와 무연(無煙)화약이 발명되기까지 거의 유일한 발사약·폭파약으로서 사용되었다. 표준조성은 질산칼륨 75％, 황 15％, 목탄 10％이며, 화약의 사용 목적에 따라 그 배합을 조정한다. 각 성분을 따로따로 건조·분쇄한 뒤 황과 목탄을 새의 깃털 등을 사용하여 마찰이 일어나지 않도록 섞고 이어 질산칼륨을 첨가한다. 마찰에 민감하여 폭발하기 쉽고 연소 화염이 길지만, 폭발력은 비교적 약하다. 도화선(導火線)의 심약(心藥)으로는 흑색가루화약을 그대로 사용하고 폭파용으로는 가루를 물에 적셔 입자상으로 만든 것을 사용한다. 이 밖에 불꽃의 발사·발화에는 흑색소립화약(黑色小粒火藥)을 쓴다. 수렵용 발사약에도 사용되었으나 최대압(最大壓)이 높고 연기가 나며 총신이 더러워지고 흡습성이 있다는 등의 단점으로 무연화약을 쓰게 되었다.

일단, 모든 탄자의 추진제로 사용하는 니트로셀룰로스 계열의 화약은 겉면을 코팅합니다. 이는

화약이 뇌관의 기폭제로 인하여 불이 붙었을 경우(말 그대로 '불'이 붙는겁니다.. 이유는 잠시 뒤)

이 '불'이 화약 분말을 신속하게 태우지 않게 하는데에 그 목적이 있습니다. 그럼 왜 이렇게

해야만 하는지 그 이유를 설명드리겠습니다.

자, 명절 즈음에 문방구에 가보면, 또는 한강 고수부지의 매점에 가면 바로 불꽃놀이를 구입하실

수 있습니다. 이 불꽃놀이 겉의 밀봉을 뜯어볼까요? 안에는 검은색의 화약이 들어있습니다.

성분은 약간씩 다르지만 이런 불꽃놀이에는 검은색의 흑색화약이 들어있습니다. 니트로

셀룰로스와는 제법이 다르지만 인간이 사용한 최초의 화약이라는 점, 생산도 쉽고 단가도 싸다는

점, 비교적 불이 잘 붙고 신속하게 타들어 간다는 점에서 현대 군사장비중에도 이 흑색화약을

사용하는 장비도 있습니다. 물론 습기에 약하여 조금만 젖어도 바로 폭발과는 바이바이라는점,

마찬가지로 화학성분에도 약하여 쉽게 변질된다는 점이 있겠습니다만, 이 문제점은 가격이라는

벽 앞에서는 무용지물이겠지요. 물론 탄약류의 경우는 신뢰성이 우선이므로 그에 맞는 화약을

사용하겠지만요...

약간 말이 삼천포로 빠졌는데, 이 불꽃놀이에서 추출해낸 흑색화약에 불을 붙여보겠습니다.

과연 어떻게 될까요? 불꽃놀이 화약 중 날아가서 폭발하는 로켓이 있는데, 이것처럼 폭발할까요?

아님 요란한 소리를 낼까요? 정답은 둘 다 아닙니다. 그냥 단순히 '화악'하는 소리를 내며 탈

뿐입니다. 이유는 단순합니다. 화약은 연소를 하면서 급격히 대량의 가스를 발생시킵니다. 이

가스는 매우 압력이 높아 불꽃놀이 용기 등에 들어가면 용기가 이 압력을 버티지 못하게 되어

순식간에 뻥! 소리를 내며 터지는겁니다. 압력밥솥에 물을 넣고 계속 끓이다 보면 압력밥솥이

결국에는 내부의 수증기압을 견디지 못하고 폭발하게 되는 것과 원리 자체는 비슷하다고 보시면

됩니다. 그럼 소총탄의 경우는? 물론 불꽃놀이 화약의 종류는 말 그대로 폭발에 가까운 연소를

보이는 종류도 많습니다. 이는 화학공부, 특히 관련 파트를 공부하신 분이라면 기초적으로 아실

수 있는 것이기 때문에 그냥 넘어가도록 하고, 소총탄의 경우는 어떨까요? 니트로셀룰로스 계열

추진제는 둔감화약입니다. 게다가 아까 흑색화약처럼 대기중에 노출된 상태에서 불을 붙이면

총기에 넣고 사격했을때처럼 강력한 폭발음이 들리며 폭발하는 것이 아니라 단순히 불이 붙어

빠르게 타버릴 뿐입니다. 그렇다면 총기에 있어서 폭발음은 왜 들릴까요? 바로 아까 설명드렸던

압력밥솥의 원리와 같은겁니다. 압력이 급격히 높아져 있기 때문에 내부의 가스는 탄자를 밀어

내게 되고, 총구를 벗어난 탄자 뒤로 높은 압력의 가스가 튀어나오면서 충격파가 발생, 또한

노리쇠가 후퇴하면서 약실 밖으로 탄피가 배출되면서 또한 탄피배출구로 흘러나오는 가스가

충격파를 발생하여 이러한 폭발음이 들리는 것입니다.

그렇다고 하면 왜 굳이 탄자를 밀어내는데 둔감화약, 그것도 외부를 코팅하여 연소를 늦게

하려는 것일까요? C4나 트리니트로톨루엔 같은 소량에 더욱 강력한 폭발력을 자랑하는 물질도

훨씬 많은데요. 이유는 바로 탄자에 있습니다. 자, 노리쇠가 전진하면서 약실 내부에 있는 탄의

뇌관을 칩니다. 그럼 이 뇌관 안의 기폭제가 접촉되어 있는 약협 내부의 추진제를 연소시킵니다.

그러나 이 추진제가 말 그대로 '폭발'하게 된다면요? 순간적으로 발생한 압력으로 탄자는

밀려나게 되겠지만, 이 폭발로 인한 가스의 발생은 순식간에 종료가 되고, 그로 인하여 탄자는

폭발 발생시의 압력만으로 밀려나게 되고 이 운동에너지는 총열 내부의 마찰과 관성, 기타

탄자의 운동에너지를 감소시키는 요인들로 인하여 충분한 운동에너지를 얻지 못하게 될

것입니다. 그러나 화약의 연소가 탄자가 충분한 운동에너지를 얻고 총열을 떠나게 될 때 까지

지속이 된다면 지속적으로 발생하는 가스로 인하여 탄자는 충분한 운동에너지를 얻게 될

것입니다.

그리고, 이 코팅(또는 혼합하는 물질)의 경우는 대개 흑연 등의 불에 타기는 쉽지만 결코

화약보다 빠르지 않은 그러한 성분으로 구성됩니다. 특히 전차포의 추진제의 경우는 다공성

탄소 필라멘트 같은 물질들을이용하는데요, 이러한 주요 추진제의 제법 및 분자식이나 기타

특정사항 들은 물론 기밀이라 알 수도, 알아도 외부에 알려서도 안됩니다. 제 말에 이견 있으신

분들은 한번 실험해 보셔도 좋습니다. 모처에서 전화가 올지도 모르겠군요...(전 운영자 경험담)

어쨋든, 니트로셀룰로스는 흑색화약보다 둔감하고 연소속도도 느리지만, 그래도 순수한

화약만으로는 연소속도가 필요 이상으로 빠르기 때문에 이러한 코팅을 하는 것입니다.

중국 사신도 깜짝 놀란 조선의 화약 기술 이야기 과학 실록 (22) 2008년 09월 18일(목)

이야기과학실록 영화감독 장이머우(張藝謀)가 연출하여 세계인의 눈길을 사로잡았던 베이징올림픽 개막식의 주제는 ‘중국의 4대 발명품’이었다. ‘종이’를 상징하는 초대형 두루마리가 스타디움에 펼쳐지고, 거기서 상형문자로 된 수많은 활자가 솟아오르며 ‘인쇄’를 알리는 퍼포먼스가 펼쳐졌다.

또 명나라 정화 장군이 개척한 바다 실크로드를 ‘나침반’과 함께 무용으로 표현해내는 장면은 가장 중국적인 아름다움으로 칭송받을 만했다. 그 중 개막식 카운트다운이 끝나자마자 천둥 같은 소리로 29개 지역에서 차례대로 베이징의 밤하늘을 수놓은 폭죽은 중국이 가장 내세우는 ‘화약’의 저력을 잘 보여주었다.

▲ 베이징올림픽 개막식 때의 화려한 불꽃놀이 장면 

중국의 4대 발명품 중 화약은 예로부터 국방력과 직결되는 물품으로서, 가장 중요하게 여겼다. 그런데 화약에 관해 잘 알려지지 않은 사실이 있다. 중국에서 화약을 도입했던 조선의 화약 제조기술 역시 수준급이었다는 사실이다. 조선의 화약 기술은 중국 사신도 깜짝 놀랄 정도였으며, 세종 때는 오히려 중국보다 낫다고 자부할 만한 경지에 이르렀다.

임진왜란 때 병력의 열세에도 불구하고 일방적인 승리를 거둔 진주대첩, 행주대첩, 한산도대첩의 ‘3대 대첩’ 역시 강력한 화약 무기가 있었기에 가능했다. 김시민 장군이 지휘하는 3,800명의 조선군과 2만명의 왜군이 맞선 진주대첩은 수천 개의 대나무 사다리를 만들어 성을 공격하던 왜군에 대해 성문을 굳게 닫고 마른 갈대에 화약을 싸서 던진 끝에 거둔 승리였다.

2,300명의 군사로 왜군 3만여 명을 9차례에 걸쳐 격퇴한 행주대첩 역시 아낙네들의 행주치마보다는, ‘뛰어난 화차가 있었기에 승전보를 남길 수 있었다’고 권율 장군이 스스로 밝힌 바 있다.

한산도대첩을 비롯한 이순신 장군의 활약도 막강한 대형 화약 무기를 보유하고 있었기에 가능했다. 조총 같은 개인 화약 무기의 성능은 왜군이 앞섰지만, 해전용으로 활용할 수 있는 대형 대포의 성능은 조선 수군이 훨씬 앞서 있었다. 따라서 일본 군선들은 조선의 판옥선과 거북선 근처에 감히 접근도 해보지 못한 채 격침당하기 일쑤였다.

화약의 시초는 중국의 연단술로부터 파생된 것으로 추정한다. 연단술이란 불로장생을 위해 단약(丹藥)을 조제하여 복용하던 고대 중국의 신설 도술이다. 과학과는 거리가 먼 신비 사상이기는 했지만, 서양의 연금술처럼 화학과 약학의 발전에 기여한 공로 또한 적지 않았다.

연단술 관련 서적 중 화약의 재료가 정확히 기재되어 있는 서적은 한무제 때 지어진 ‘준남자’이다. 이 책을 보면 “초석과 황, 탄(炭)을 섞어 만든 진흙에서 금이 생성되었다”는 내용이 나온다. 여기에서 언급한 초석과 황, 목탄이 바로 흑색 화약의 성분과 일치한다.

초석과 황, 목탄은 예로부터 병을 치료하는 약재로 사용되었다. 따라서 화약(火藥)은 알고 보면 ‘불이 붙는 약’이라는 의미를 지니고 있으며, 이는 화약의 기원과 관련이 매우 깊다.

이후 후한의 순제 때 화약의 성능을 잘 보여주는 사건이 벌어졌다. 단약을 만드는 어떤 방사의 집에 두자춘이 방문했는데 마침 방사가 외출 중이었다. 두자춘은 방사를 기다리며 단약로 옆에서 졸았는데, 갑자기 로에서 큰 불이 일어나 화염이 지붕까지 닿으며 집이 타버렸다고 한다. 이 일화는 ‘태평광기’라는 설화집에 실려 전해지고 있다.

▲ 임진왜란 3대 대첩의 승리는 강력한 화약 무기가 있었기에 가능했다 

이 일화로 미루어 보아 초석과 황, 목탄에 대한 연소 성능은 이미 일찍부터 알려져 있었던 것으로 여겨진다. 하지만 폭발을 일으키는 정확한 배합 비율은 알지 못했다. 그러다 당나라 때부터 점차 폭발성을 갖는 배합 비율의 조성에 관심을 갖게 되고, 당나라 말기인 9세기 무렵부터 흑색 화약을 군사적으로 응용하기 시작한 것으로 추정된다.

중국으로부터 화약이 우리나라에 처음 전래된 시기는 고려 말기 무렵이었다. 당시 고려는 왜구들의 노략질로 골치를 앓고 있었다. 최무선 장군은 왜구를 격퇴하기 위해서 화약만큼 좋은 것이 없다고 생각하여 중국에서 오는 상인이 있으면 무조건 만나 화약 만드는 법을 물었다.

마침 이원이라는 중국 강남의 상인이 화약 제조법을 대강 안다고 하여 최무선은 그를 자기 집에 데려다 음식을 주고 수십 일 동안 극진히 대접하여 요령을 알아냈다.

화약의 재료 중 목탄과 황은 쉽사리 구할 수 있는 물품이었다. 그러나 초산(질산칼륨 ; 염초라고도 함)은 여러 화학공정을 거쳐야 만들 수 있으므로 당시의 기술로는 제조가 매우 어려웠다. 때문에 화약의 제조 중 가장 어려운 것이 염초를 만드는 기술이었고, 최무선이 이원으로부터 배운 기술도 염초 제조법이었다.

각고의 노력 끝에 염초의 제조 비법을 터득한 최무선은 조정에서 자신이 만든 화약으로 수차례 시험을 보인 끝에 1377년 화약 및 화기의 제조를 담당하는 화통도감의 설치를 이끌어냈다. 그로부터 3년 후 왜구들이 탄 300여 척의 배가 전라도 진포에 침입했을 때 최무선은 자신이 만든 화포로 그 배를 모두 불태우는 전과를 올렸다.

최무선은 자신만의 화약 제조비법을 적은 책 ‘화약수련법’을 저술하여 아들인 최해산에게 물려주었다. 하지만 아쉽게도 ‘화약수련법’은 그 뒤로 전해지지 않아, 최무선이 염초를 제작한 비법은 자세히 알 수 없다.

염초는 높은 온도에서 열분해하면서 산소를 발생시켜, 황과 목탄이 계속해서 산화할 수 있도록 만든다. 따라서 염초와 황ㆍ목탄의 구성비가 75:15:10 정도 되어야 화약은 빠른 속도로 불꽃과 연기를 내면서 연소ㆍ폭발하게 된다.

현재 소시지나 햄 등 식육가공품의 색을 보존하는 식품첨가물로 많이 사용되는 질산칼륨(염초)은 염화칼륨과 질산나트륨을 반응시키거나 탄산칼륨ㆍ수산화칼륨을 질산에 녹여 만들기도 한다.

▲ 영천시 금호읍에 세워진 최무선 장군의 기념비 

그러나 화학 지식이 모자랐던 당시에는 자연적으로 질소화합물이 포함된 흙을 찾아내 분뇨 속의 질산암모늄과 재의 탄산칼슘을 반응시켜 질산칼륨을 만들어내야 했다. 때문에 염초의 제조는 원료가 되는 흙의 조달이 가장 중요했다. 부엌 아궁이나 흙으로 만든 담벼락ㆍ화장실 주변의 흙이 대체로 재료로써 적합했는데, 그 중 가장 적절한 것이 집의 마루 밑 흙이었다.

조선시대 들어서 화기의 규격화와 더불어 독자적인 화기 기술을 선보이기 시작한 세종은 화약과 화약무기 개발에 일대 전기를 마련한 임금이다. 따라서 세종은 염초의 확보에 특히 열을 올렸는데, 그로 인해 백성들이 피해를 입는 경우도 많았던 모양이다.

1418년 12월 10일자의 ‘세종실록’을 보면 그에 대해 다음과 같이 적혀 있다.

“박은이 아뢰기를, ‘염초(焰硝)를 만들기 위하여 흙을 취하는 자가 평민을 침요(侵擾)하니, 이를 정지하기를 청합니다’ 하니, 임금이 말하기를, ‘만약 부득이하다면 다만 원관(院館)에서만 취하고 백성을 소란하게 하지 말라’ 하였다.”

여기서 흙을 취하는 자란 염초약장을 말한다. 염초약장이 염초 제조에 필요한 흙을 채취하기 위해 민가에 들어가 마루 밑을 파헤쳐 백성들을 혼란스럽게 한다는 말을 듣고, 세종은 원관, 즉 관아 및 정부 건물에서만 흙을 채취하라는 명을 내리고 있다. (하편에서 계속)

중국에서 화약 제조법을 배운 사람은 고려말의 최무선이다. 「태조 실록」에 따르면 그는 천부적으로 기술에 밝고 방법과 계략이 많으며, 군사 방법에 대해 말하기 좋아했다. 고려 시대에 최무선의 벼슬은 문하 부사에까지 이르렀다. 그가 화약에 관심을 가진 것은 “왜구를 누르는 데는 화약만한 것이 없다”는 생각 때문이었다. 태조 4년(1396) 4월 19일 최무선의 죽음을 다룬 「태조 실록」에는 그가 화약을 만들기까지 들인 노력에 대해 이렇게 기록하고 있다.

국내에 아는 사람이 없었기 때문에 최무선은 항상 중국 강남에서 오는 상인이 있으면 곧 만나 보고 화약 만드는 법을 물었다. 한 상인이 대강 안다고 대답하므로, 자기 집에 데려다가 의복과 음식을 주고 몇십 일 동안 물어서 대강 요령을 알았다. 그 뒤 의정부에 시험해 보자고 말했으나, 모두 믿지 않고 최무선에게 거짓말한다고 험담까지 했다.

그러나 최무선은 여러 해를 두고 의견을 올렸다. 마침내 그 성의에 감동해 화약국을 설치하고 최무선을 제조 책임자로 삼아 드디어 화약을 만들어 내게 되었다. 그 화포는 대장군포·이장군포·삼장군포·육화석포·화포·신포·화통·화전·철령전·피령전·질려포·철탄자·천산오룡전·유화·주화·촉천화 따위 이름이 있었다. 기계가 만들어지자 보는 사람마다 모두 놀라고 감탄했다. 또 전함을 연구해 의정부에 말해서 모두 만들어 냈다.

경신년 가을에 왜선 3백여 척이 전라도 진포에 침입했을 때 조정에서는 최무선의 화약을 시험해 보고자 했다. 그리하여 최무선을 부원수에 임명하고 도원수 심덕부, 상원수 나세와 함께 배를 타고 화포를 싣고 진포에 이르렀다. 왜구는 화약이 있는 지 알지 못하고 배를 한 곳에 집결시켜 힘을 다해 싸우려고 했다. 그러자 최무선이 화포를 발사해 그 배를 모두 태워 버렸다. 배를 잃은 왜구는 육지에 올라와서 전라도와 경상도까지 노략질하고 운봉에 모였는데, 이 때 태조가 병마 도원수로서 참가해 여러 장수들과 함께 왜구를 한 놈도 빠짐없이 섬멸했다. 이 때부터 왜구가 차츰 줄어들고 항복하는 이가 서로 잇달아 나타나서, 바닷가의 백성들이 생업을 회복하게 되었다.

조선이 개국한 뒤에 최무선은 늙어서 현역으로 일하기 어려웠다. 그러나 태조 이성계는 그의 공을 생각해 직접 검교 참찬(명예 참찬, 정2품)이라는 벼슬을 내렸다.

화학약품으로 화약을 만들었어요~

보안경도 쓰고 장갑도 끼고 폭발성 있으니 조심조심 해야 해요~

마그네슘과 알루미늄 가루를 넣었더니 불꽃이 더욱 화려하네요~

흑색화약 만들기, 거품폭탄 만들기.| └─☆º 2기 실험소감문

 

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첫번째 실험은 흑색화약 만들기 였다.

질산칼륨 2g, 황 0.3g, 숯 0.4g을 각각 막자와 막자사발로 잘게 갈아서 붓으로 털어내서 페트리접시에서 섞었다.

섞은것을 종이에 옮겨서 다시 시험관으로 옮겼다. 그런데, 그 시험관에 물을 넣어서 우리조는 실격당했다.

나중에 한조들의 것을 보니까 알코올 램프로 가열을 하니까 잠시뒤에 고무마개가 발사되었다.(시험관에 고무마개를 껴서(세게끼면 시험관이 터질 우려가 있음)발사가 된 것이다.)

이 화약은 엽총용, 광산폭파용, 불꽃놀이용 화약으로 이용되며 화무연 화약이라고도 한다. 흑색화약은 폭발할때 온도가 약 2000도에 이르며 질산칼륨이 산소공급제로 작용하므로 연소될때 산소가 따로 필요 없다고 한다.

두번째 실험은 거품폭탄 만들기 이다.

수고가스로 비누방울을 만들어서 양초에 불을 붙혀서 그방울에 대면 '펑' 하고 터진다.

일단 사람이 분 것은 이산화탄소가 산소보다 무거워서 내려앉는데, 수소는 가벼워서 위로 뜰 수 있는 것이다.

그렇기때문에 위에서 촛불로 터트릴 수 있는 것이다.

그리고 수소는 공기중에 있다가 불씨와 만나면 터질 수 있다는 것이다. 

나는 이점이 너무나 신기한것 같다.

오늘 재미있는 실험을 해서 정말 좋았다.

그리고 1년동안 나를 도와주신 선생님들이 정말 감사드린다.

내년에도 한번 더 해야지~!!

화약:
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.

1. 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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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