一、黑火藥
黑火藥是古早的爆裂物，普遍認為是中國的煉丹士所發明，最早的紀錄可追溯到7世紀，而西方關於火藥的紀錄則要等到13世紀。雖然火藥被稱為中國三大發明之一，但諷刺的是，當火藥傳入西方後，反而在西洋人的手上變成了對付中國人的一大利器。
製作黑火藥的材料是硫磺、木炭、硝酸鉀，工業上所使用的配方是10:15:75，而這也是在漫畫中記載的配方。動畫中把詳細的比例拿掉了，或許是擔心有人有意無意的照著做出炸藥來。
這三個材料當中，硝酸鉀作為點火時的氧化劑，硫磺和木炭則作為燃料。當點燃時，硝酸鉀會分解放出氮氣，因此在密閉的槍管中點燃黑火藥可以作為子彈的推進器。
10KNO₃ + 3S + 8C → 2K₂CO₃ + 3K₂SO₄ + 6CO₂ + 5N₂
至於在其中加入砂糖的緣故，則是由於糖遇熱會分解為碳及水，故可以當做燃料使用。古代的煉丹士亦曾經記載在火藥中添加蜂蜜的配方。
接下來，就讓我們來分別看看這三個必要的材料是如何入手的。
三.1、硝酸鉀
硝酸鉀這個東西很早就出現過了，在第1話中所介紹的硝石，其主要成份便是硝酸鉀。在動物的糞便中含有一定成份的含氮廢物，而這些物質會被硝化細菌分解成為硝酸鹽，這就是硝石的成因。由於硝酸鹽可以作為氮肥，古代的農家會將牲畜的糞便塗抹在牆上，在一定時間之後去採收上面形成的硝酸鹽，這也被稱為硝土。
在動畫中，千空很有可能是從蝙蝠洞中取得了大量的硝石，這與中世紀歐洲硝石的來源是相同的。不過，為了純化出硝酸鉀，還是需要一定的加工。
古早農村熬硝水的設備
首先將粗的硝石用熱水溶解，提取其中含硝酸鹽的成份。接著加入草木灰(燃燒雜草產生的灰燼，主要成份為碳酸鉀)攪拌熬煮，煮到很濃的時候趁熱過濾掉不溶於水的雜質(如碳酸鈣)。由於硝酸鉀對熱水溶解度相當的高，在冷卻的過程中會最後析出，因此在降溫到一定程度時再次過濾，便可以過濾掉可溶於水的雜質(如氯化鈉)。這時剩下的溶液中大部分都是硝酸鉀了，可以繼續加熱濃縮，重複上述的步驟以提高純度。
三.2、木炭
木炭的基本作法是木材的不完全燃燒，並不是隨便燒燒木頭就能拿到的。在隔絕氧氣的條件下加熱木材，首先木材中的水份會先被逼出，其後木材的纖維素會開始分解，就像上方的糖一樣分解成碳及水。因此，木炭其實就是高純度的碳。
相較於木材，木炭有可燃成份比例高、氣孔多通風良好等優點，因此是比木材更好的燃料。
傳統燒製木炭的簡易土窯
燒製木炭的方法其實很簡單。找一處山坡地，在山腳的地方挖個橫向的深坑，放入木材之後點火。當木材燒到一定程度時，用土把洞口封住，讓裡面變成密閉空間繼續加熱。過一段時間之後，就可以打開取出裡面的木炭了。國中理化課本有一個實驗叫做竹筷的乾餾，其原理就跟燒木炭差不多。
三.3、硫磺
硫磺(sulfur)是一種黃色的非金屬元素，它以元素態大量存在於火山口附近，或是以黃鐵礦的形式存在。點燃硫磺會產生紫色的火焰，並且產生刺鼻的二氧化硫(SO₂)，這便是造成火山地區獨特味道的元兇。
箱根的硫磺谷
雖然硫磺基本上真的就像動畫中描述的一樣，在火山地帶隨便挖都有，但是由於地熱的關係空氣中會充滿著有毒的硫化物，所以開採時千萬要做好防護。
二、黃鐵礦與打火石
黃鐵礦(mineral pyrite)是一種在火成岩地區常見的礦物，其主要成份是二硫化亞鐵(iron(II) disulfide, FeS₂)，是工業上製造硫化物(如硫酸、二氧化硫)的最主要原料。純度高的黃鐵礦顏色為金色，帶有金屬光澤，很容易被誤認為金礦，因此也被稱為愚人金。
敲擊金屬或是礦物來產生火花的原理，是敲擊的動能轉化成為熱能，熱能點燃了被敲碎的細小礦物碎屑，因而產生了飄在空中的火花。因此，能敲打取火的礦物需要具備兩個條件：
1.礦物必須有一定的硬度。若是礦物的質地軟，敲打下去時的動能會轉化為礦物的形變(也就是被砸凹了)，而無法有效的轉化為熱能。劇情中提到的含鐵這一點其實有點誤導，純鐵的質地其實偏軟，當其中混有一定比例的碳(也就是鋼)時，硬度才足夠。由於地表上常見的鐵礦都帶有碳的雜質，所以才能用來取火。
2.礦物必須要能被敲出細小易燃的碎屑。當礦物的表面由於撞擊而碎裂，產生的細小礦物碎屑會直接帶走熱能。由於碎屑的表面積相當大，直接接觸到空氣中的氧氣時，便能起火燃燒。古代的打火機，便是以燧石(矽質岩石)和鋼或黃鐵礦的表面碰撞，藉此敲碎後者的表面來產生火花。
作為背景知識，順便介紹一下摩氏硬度。摩氏硬度是簡單區分礦物硬度的比較量表，將常見的礦物分成了十個等級的硬度。拿起兩個礦物互相敲打，硬度較高的礦物會敲碎硬度較低的礦物，而在硬度高的礦物表面上留下硬度低的礦物粉末，這就是所謂的條痕法。燧石的硬度是7，黃鐵礦是6.5，鋼則是4.5。因此燧石能敲碎黃鐵礦或鋼的表面。
三、那些飄過的化學
三.1、鋁熱反應
鋁熱反應(thermite reaction)是由高還原力的金屬鋁來冶煉金屬礦物的方法，混合金屬鋁和金屬氧化物後點燃，會放出高熱和耀眼的火光，溫度可以來到2500–3000ﾟC之高，最終產生氧化鋁和還原的金屬元素。劇情中所提到的鐵砂加鋁箔就是俗稱的鋁熱劑，由鋁金屬和氧化鐵的粉末以約1:3的比例混合製成。
2Al + Fe₂O₃ －△→ Al₂O₃ + Fe
由於鋁熱反應產生的溫度極高，還原的金屬通常會被熔化，因此經常被用於焊接工業上。此外，鋁熱劑也經常作為軍事用的燃燒彈，它所產生的高溫可以輕易的將鋼筋混凝土給燒成渣，是在戰場上的一種高殺傷力的武器。
不過還是必須提醒，這個反應是相當危險的，絕對不是像動畫中那樣可以隨便在公園裡做的「可愛的小實驗」。一個不小心出問題，可能是會吃上公共危險罪的。
三.2、粉塵爆炸
當千空正在用電焊槍的時候，大樹不小心打翻了一桶不知道什麼粉末，然後下一秒就炸了。這個現象被稱為粉塵爆炸，簡稱塵爆。塵爆的基本原理和上面的打火石其實很像，當細小的可燃粉末接觸到火源時，由於粉塵的表面積相當大，便很容易起火燃燒。粉塵爆炸的燃燒會持續至沒有可燃物或是氧氣為止，因此一旦觸發，損傷都非常嚴重。
粉塵爆炸最可怕的地方是，引發爆炸的並不一定是明火，靜電甚至是過熱的照明設備都有可能引燃，因此對於麵粉工廠這類的地點，預防粉塵爆炸是相當重要的工作。現代很多演唱會為了節目效果，都喜歡往空中噴灑玉米粉再點火，創造出華麗的火焰景象，這個份量要是沒拿捏好是會造成很嚴重的後果的。2015年的八仙塵爆案便是臺灣有史以來規模最大、也是第一次發生在開放空間的粉塵爆炸事件，其危險性我想大家當時都有目共睹了。
【本週總結】
提及的科學議題：4
可行的：4
很危險的：3
認真解析《Dr.STONE 新石紀》系列文章連結
つづく...
創作內容
火焰與爆炸的主場！認真解析《Dr.STONE 新石紀》EP.04
動漫相關 (0)
