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火薬(かやく:英 )や爆薬(ばくやく:英 )とは、熱や衝撃などにより急激な燃焼反応をおこす物質(爆発物)のことを指す。

また江戸時代には焔硝(えんしょう)の語がよくつかわれ、昭和30年代頃までは、玩具に使われる火薬を焔硝と言う地方も多かった。

火薬と爆薬の分類方法には色々な種類があるが、日本の火薬類取締法上では「推進的爆発の用途に供せられるもの」を火薬、「破壊的爆発の用途に供せられるもの」を爆薬、火薬や爆薬を加工したもの(雷管、導火線、花火、銃砲弾、爆弾など)を火工品(かこうひん)と区別している。科学的な分類では、その燃焼速度が音速以下のものを火薬、音速以上のものを爆薬とする場合が多いが、まとめて火薬ということもある。また、さらに火薬を推進薬(すいしんやく)、発射薬(はっしゃやく)、爆薬を炸薬(さくやく)、起爆薬(きばくやく)、爆破薬(ばくはやく)、発光剤(はっこうざい)に分類することもある(日本以外の国では、容易に爆発しない安全な爆薬を「爆破剤」と分類することもある)。 いずれも爆発する物質であるため、本稿では火工品以外の全てを取り扱う。

◆ 火薬の科学

通常の燃焼と同様に火薬を構成している物質が酸素と結びつくことで(これを酸化という)、火薬に蓄えられていたエネルギーが解放され、熱や光や衝撃が発生する。火薬の燃焼が通常の燃焼と異なる点は空気中の酸素を必要としないことである。例えばニトログリセリンでは炭化水素に結合した硝酸エステル(-O-NO₂)が酸化剤の役割になっている。また、黒色火薬のような混合火薬では、燃料に硝酸カリウムなどの酸化剤を混合している。つまり、黒色火薬の場合、黒色火薬に含まれる炭、炭素を燃料とし、硝酸カリウムは反応を高速にする役割を果たしているに過ぎない。ちなみに、黒色火薬は硝酸カリウム、炭素、硫黄を配合して作る。混合火薬の場合、高効率で酸化反応を起こすため、酸化剤の配合比率を最適化することが重要である。また、組成中に酸素を含まなくても、フッ素の様に酸化剤として働き、酸化反応を引き起こすことができる物質が存在する。マグネシウムとフッ素が結びつく反応は大きなエネルギーを発生するため、これらの原料を用いることで酸素を用いない火薬を作ることができる。このような酸化反応で、大きな反応熱を発生する物質が火薬の材料に適している。こういった自己反応性物質は外部の酸素を必要としないため、二酸化炭素消火器のような酸素遮断による消火が不可能である。

火薬の反応には色々な種類がある。火薬にマッチなどで火をつけても、必ずしも爆発するとは限らない。一部の火薬では、マッチで点火してもロウソクのようにゆっくり燃えるだけだが、雷管で点火すると一瞬で全体が反応する(爆発)。またダイナマイトなどの一部の爆薬では、雷管の威力により低速爆発と高速爆発の2種類がある。ガソリンや木材が燃えるのを通常燃焼といい、火薬が高速で燃焼するのを爆発という。さらに音速以下の爆発を「爆燃」、音速以上の爆発を「爆轟(ばくごう)」と分類している。「爆轟」状態では燃焼速度が音速を越えるため、衝撃波を投射し周囲の物体を破壊する。「爆轟」発生の有無によって火薬と爆薬を分類することもある。「爆轟」によって生まれた衝撃波が弱まったものが、「爆音」になる。

火薬が燃焼を始めると、反応熱により酸化反応が促進され、継続的な燃焼が起きる。これに対し爆薬では、酸化反応は爆ごうの衝撃波による断熱圧縮によって促進される。このため、熱伝導に律速されることのない急激な燃焼が発生する。

火薬類の最大の特徴はそのエネルギーの発生速度にある。単純な熱量の比較だけなら火薬類よりもガソリンなどの方が大きい。しかし、半径10センチの球体のトリニトロトルエンを鋳造した場合、この塊が爆轟して反応が終わるまでの時間は僅かに14.7ナノ秒しかかからない。

半径10センチの鋳造トリニトロトルエンの重量は6.49キログラムであり、この爆発熱は約1.17×$10^$ジュールである。これだけのエネルギーがわずか14.7ナノ秒の間に放出されるのである。

つまり、エネルギーの発生速度という点で見れば1.16×$10^$ジュール/秒となり、これは日本の総発電能力の数倍にもなる数字である。

こうした火薬の能力は主にその分子構造に依存している。一般に複雑で緻密な構造の分子ほどその中に蓄えられているエネルギーが大きく、高い爆発力を持つ火薬となる。近年ではヘキサニトロヘキサアザイソウルチタン (HNIW)の様に、コンピューターシミュレーションにより理想的な分子構造を決定し、それを基に合成された高性能火薬も登場している。

◆ 用途

火薬は主に、以下の用途に用いられている。

◇ 推進薬としての火薬

銃や大砲は火薬の燃焼により発生する圧力によって、銃弾(砲弾)に大きな初速度を与え、目標物を破壊する。

固体燃料のロケットでは火薬の燃焼が長時間持続し、燃焼ガスの反作用により飛翔する。所定の時間、所定の推力を安定して得るために、ロケット内部の火薬の固まり(グレイン)の形状を最適化することが非常に重要である。

◇ 破壊用の火薬

爆薬は「爆轟」によって発生する衝撃波や破片によって周囲の物体を破壊する。爆弾や砲弾の弾頭として軍事用に用いられる他、発破(はっぱ)として鉱物資源の採掘やトンネルの掘削に用いられる。外国ではビルや野球場のスタンドなどの建造物の解体に際して、内部に爆薬を仕掛け、崩すように一気に解体する手法が行われる。通常、爆薬に火をつけてもゆっくりと燃えるだけで「爆ごう」にはならない。爆薬を起爆するには、雷管や信管を用いて爆薬に衝撃波を与える必要がある。

なお、軍事において単に火薬と呼ぶ場合は装薬(発射薬)を指し、破壊用の火薬は「爆薬」もしくは「炸薬」と呼ばれるのが普通。

◇ 点火用の火薬

導火線、雷管として爆薬の起爆等に用いられる。

◇ 花火

花火は、正に「火の芸術品」である。火薬に炭酸ストロンチウム(紅色)や硫酸銅(青色)などを混ぜることで炎色反応により、様々な色で発光する。

◇ 工業用途

金属容器などを作るとき、水中に爆薬を入れて爆発させて金型に押し付けるという方法がある。

また、通常溶接できない2種類の金属を、爆薬の力で溶接させる爆発圧接もある。

◇ 発電

瞬間的な大電力を得る方法として爆薬発電機が開発されている。

◇ 照明・信号用

兵器における照明弾、信号弾などで使用され、強い光を発生させる、特殊火薬。黒色火薬にアルミニウム微粉末を適当量(科学的な値に基付く)混合させ、燃焼することによって、強力な光を出すことが出来る。

また、粉末単体では写真などのストロボ撮影の光源としても用いられた。

身近なところでは、車載されている発煙筒などがある。

◇ エンジンの起動用

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