Alfred Nobel als Sprengstofferfinder Aufsatz

Words: 2567
Topic: Physik

Der am 21. Oktober 1833 als Sohn eines Ingenieurs, Immanuel Nobel, geborene Alfred Nobel gehört zu den Innovatoren, die das Militär und andere Industriezweige insbesondere durch die Erfindung von Sprengstoffen revolutionierten. Sein Vater war ein Pionier in der Herstellung von Waffen und wollte, dass sein Sohn seinem Beispiel folgt und Ingenieurwissenschaften studiert. Zum Leidwesen seines Vaters interessierte sich Alfred jedoch für die Poesie. Alfred wurde daher zum Studium ins Ausland geschickt, in der Hoffnung, dass er seine Interessen auf das Chemieingenieurwesen ausdehnen würde.

Während seines Aufenthalts in Frankreich lernte Alfred Ascanio Sobrero kennen, einen ehrgeizigen jungen Italiener, der das Nitroglyzerin erfunden hatte (Fant, 2006). Zu dieser Zeit hatte das hergestellte Nitroglyzerin keine praktische Verwendung, da es hochexplosiv war. Alfred interessierte sich für Nitroglycerin, insbesondere dafür, wie man es für den Bau nutzbar machen konnte. Außerdem musste er einen Weg finden, die Sicherheitsprobleme im Zusammenhang mit der Detonation von Nitroglyzerin zu lösen. Dies war der Beginn von Alfreds Erfindungsreise, und er sollte später weitere militärische und industrielle Sprengstoffe entwickeln, bevor er schließlich den Friedensnobelpreis erhielt. In diesem Beitrag wird Alfred Nobels Arbeit mit Sprengstoffen für militärische und industrielle Zwecke erörtert, die zu seinem Beitrag zur Verleihung des Friedensnobelpreises führte.

Nitroglyzerin

Wie bereits erwähnt, hat Nobel das Nitroglyzerin nicht erfunden. Er fand einen Weg, es für die Herstellung von Sprengstoffen nutzbar zu machen. Laut Davis (1941) war Ascanio Sobrero die erste Person, die zwischen Ende 1846 und Anfang 1847 Nitroglycerin herstellte. Er entdeckte, dass durch Mischen von Glycerin mit konzentrierter schwefliger und salpetriger Säure Nitroglycerin hergestellt werden konnte. Das auf diese Weise hergestellte Nitroglyzerin war hochreaktiv und explosiv und führte bei einem seiner zahlreichen Experimente zu schweren Verbrennungen im Gesicht von Sobrero. Daher hielt Sobrero diese Mischung für gefährlich und unbrauchbar, aber Nobel war der Meinung, dass dieses Problem gelöst werden könnte.

Nachdem er 1863 nach Schweden zurückgekehrt war, konzentrierte er sich auf die Entwicklung von Nitroglycerin als Sprengstoff (Feldman, 2012). Er begann, mit verschiedenen Methoden zu experimentieren, die meisten davon waren jedoch katastrophal. So kam es 1864 bei einem seiner zahlreichen Experimente zu einer Explosion, bei der mehrere Menschen, darunter sein Bruder Emil, ums Leben kamen (Fant, 2006). Nobel gab nicht auf, und seine Beharrlichkeit führte noch im selben Jahr zu Ergebnissen.

Nobel begann mit verschiedenen Zusatzstoffen zu experimentieren, um denjenigen zu finden, der der hohen Explosivität des Nitroglycerins entgegenwirken würde. Nobel entdeckte, dass die Verwendung von Kieselerde als Zusatzstoff diesen Zweck erfüllen würde. Durch Mischen von Kieselerde mit Nitroglycerinflüssigkeit wurde diese zu einer Paste. Diese Erfindung war ein Wendepunkt in der Verwendung von Nitroglyzerin. Die Paste konnte in verschiedene Formen und Größen geformt werden, so dass sie in Stangen passte, die in Bohrlöcher eingesetzt wurden (Davis, 1941).

Die Paste wurde Dynamit genannt. Bis zu diesem Zeitpunkt war noch keine Flüssigkeit als Sprengstoff verwendet worden, und so ließ Nobel diese neue Entdeckung patentieren. Nobel sah sich jedoch mit einem weiteren Problem konfrontiert, nämlich der Frage, wie das Nitroglyzerin nach dem Einführen in die Bohrlöcher zur Detonation gebracht werden konnte. Als Antwort auf diese Herausforderung erfand er die Sprengkapsel, die als Zünder fungierte, indem sie mit einer Zündschnur angezündet wurde.

Bei der Entwicklung dieser Sprengkapsel machte sich Nobel die explosive Eigenschaft von Nitroglyzerin zunutze, insbesondere in Gegenwart von Wärme. Daher füllte er Schwarzpulver in ein kleines Glasgefäß und platzierte es in den Pastenstäben, um eine Explosion auszulösen. Er entdeckte auch andere Möglichkeiten, Nitroglyzerin zur Explosion zu bringen. So nutzte er beispielsweise die “lokale Hitze eines elektrischen Funkens oder eines unter der Oberfläche des Nitroglyzerins elektrisch erhitzten Drahtes” (Davis, 1941, S. 211).

Auch die Perkussionskapsel wurde in diesem Prozess nützlich. Nobel verwendete Schwarzpulver zunächst in “Glaskolben, später in hohlen, mit Korken verschlossenen Holzzylindern, dann eine Mischung aus Schwarzpulver und Quecksilberfulminat, später Fulminat in kleinen Bleikapseln und schließlich in den noch immer gebräuchlichen Kupferzündern” (Davis, 1941, S. 211). Die Sprengkapsel musste jedoch weiter modifiziert werden, was zur Entdeckung des Zündphänomens führte.

Nachdem er die Herstellung und Verwendung von Nitroglyzerin gesichert hatte, begann Nobel mit Hilfe seines Vaters mit der kommerziellen Herstellung des Sprengstoffs. Die erste praktische Anwendung von Nitroglyzerin in großem Maßstab erfolgte bei der Staatsbahn für den Tunnelbau. Nobel gründete das erste Unternehmen zur Herstellung von Glyzerin in Winterwik bei Stockholm und expandierte dann in andere Regionen wie Deutschland, die Vereinigten Staaten und andere europäische Standorte. In den USA wurde Nitroglyzerin in großem Umfang bei der Sprengung des Hoosac-Tunnels in Massachusetts eingesetzt (Davis, 1941). Die Verwendung von Nitroglyzerin als Sprengstoff verbreitete sich schnell, da es im Vergleich zu anderen Alternativen zu jener Zeit billiger war. So wurde es beispielsweise häufig für die Sprengung von Ölquellen und andere industrielle Anwendungen verwendet.

Die Sprengkapsel Detonator

Der Sprengkapselzünder entstand aus der Notwendigkeit heraus, ein Gerät zu haben, mit dem man Nitroglyzerin sicher zur Explosion bringen konnte. Zwar gab es auch andere Sprengkapseln, doch konnten diese nicht zur Detonation von Nitroglyzerin verwendet werden, da sie Zünder verwendeten. Nobel entdeckte jedoch, dass Schießpulver zur Detonation von Nitroglyzerin verwendet werden konnte (Worek, 2010). Nobel musste also einen Weg finden, das Schießpulver zur Detonation zu bringen, was wiederum Nitroglyzerin zur Explosion bringen würde.

Er entdeckte das Auslösephänomen, bei dem ein normaler Zünder verwendet wurde, um die Explosion des Schießpulvers auszulösen und eine Reihe von Reaktionen in Gang zu setzen, die schließlich das Nitroglyzerin zur Detonation brachten. Eine Sprengkapsel ist normalerweise eine kleine Menge Sprengstoff, die gezündet wird, um eine Druckwelle in der gesamten Sprengladung zu erzeugen und so die Detonation aller anderen Sprengstoffe im System auszulösen. Nach Davis (1941) war die Sprengkapsel von Nobel ein

Zylindrische Kapsel, in der Regel aus Kupfer, manchmal aber auch aus Aluminium oder Zink, die über die Hälfte ihrer Länge mit einer komprimierten Ladung aus Primärsprengstoff gefüllt ist. Die Sprengladung wird entweder durch einen elektrischen Zünder oder durch eine Lunte gezündet, deren Ende fest gegen die Sprengladung gehalten wird, um die Gefahr einer Fehlzündung zu verringern. Die Wirkung hängt von der Entwicklung eines intensiven Drucks oder Schocks ab (S. 413).

Zum Zeitpunkt dieser Erfindung war Quecksilberfulminat der einzige verfügbare Sprengstoff, der in den Sprengkapseln verwendet werden konnte. Nobel nummerierte die Sprengkapseln je nach der Menge des enthaltenen Fulminats. Zum Beispiel enthielt Sprengkapsel Nr. 1 die geringste Menge an Fulminat (0,3 Gramm), während Sprengkapsel Nr. 8 mit 2 Gramm Quecksilberfulminat die höchste Menge aufwies (Davis, 1941). Auch die Größe der Sprengkapseln nahm mit dem Gewicht des in ihnen enthaltenen Fulminats zu, wobei die kürzeste 16 mm und die längste 50-55 mm lang war. Später wurden weitere Änderungen vorgenommen und das Schwarzpulver durch Kaliumnitrat ersetzt, und schließlich wurde Kaliumchlorat die bevorzugte Substanz, die vor allem in den USA verwendet wurde.

Dynamit

Nobel erfand das Dynamit auf der Suche nach sicheren und praktischen Möglichkeiten zur Verwendung von Nitroglyzerin als Sprengstoff. Er entdeckte, dass Nitroglyzerin durch die anschließende Explosion eines kleinen, mit Schießpulver gefüllten Geräts zur Explosion gebracht werden konnte (Worek, 2010).

Die Menge an flüssigem Nitroglyzerin, die in diesem Fall verwendet werden konnte, war jedoch begrenzt, da die Mischung trocken und in Form von Granulat sein musste. Dennoch scheiterte dieser Entwurf, weil die Mischung mit Feuer zur Explosion gebracht werden musste, die Flüssigkeit darin aber die Wirksamkeit des Feuers verringerte. Daher musste Nobel einen Weg finden, dieses Problem zu lösen. Im Jahr 1863 begann er mit Experimenten über die Möglichkeit, Nitroglyzerin mit einem porösen Material zu mischen, um es für eine sichere und effektive Detonation zu stabilisieren.

Nach erfolgreichen Experimenten erhielt Nobel 1867 ein Patent für die Herstellung eines Sprengstoffs durch Mischen von Nitroglyzerin mit nicht explosiven Absorptionsmitteln wie Kieselerde und Holzkohle. Die aus dieser Mischung resultierende Substanz wurde Dynamit genannt. Nobel wusste, dass Dynamit im Vergleich zu flüssigem Nitroglyzerin weniger stoßempfindlich war. Außerdem konnte Dynamit durch Feuer oder einen elektrischen Funken zur Explosion gebracht werden. Da er jedoch bereits den Sprengkapselzünder erfunden hatte, zog er es vor, diesen für die Detonation des neu erfundenen Dynamits zu verwenden. Letztendlich wurde Kieselgur als das am besten geeignete nicht-explosive poröse Absorptionsmittel für die Herstellung von Dynamit ausgewählt (Hopler, 2010).

Dennoch war Nobel mit dem endgültigen Modell des Dynamits zu diesem Zeitpunkt nicht zufrieden. Er glaubte, dass er eine Form von Dynamit mit einer aktiven Basis erfinden könnte, und das tat er auch, bevor er es patentieren ließ. Bei diesem Sprengstoff “wurde das Nitroglyzerin von einem Gemisch aus Stoffen absorbiert, die für sich genommen nicht explosiv waren, wie Kalium-, Natrium- oder Ammoniumnitrat, gemischt mit Holzmehl, Holzkohle, Kolophonium, Zucker oder Stärke” (Davis, 1941, S. 333). Das Nitroglyzerin bildete dann eine dünne Schicht, die in Gegenwart von Fulminat explodierte.

Nobel entdeckte dann, dass Nitroglyzerin die hydrophilen Tendenzen von Natrium- und Ammoniumnitrat nicht wirksam verhindern konnte. Das Gemisch, das diese Salze enthielt, war normalerweise zerfließend, so dass es sich durch Anziehung von Wasser aus der Atmosphäre verflüssigte. Nobel experimentierte daher mit verschiedenen Substanzen und stellte schließlich fest, dass die Zugabe von winzigen Mengen Paraffin, Naphthalin oder verwandten Substanzen den Sprengstoff stabilisieren würde.

So würde zum Beispiel jede Substanz, die von Natur aus fettig ist, einen Überzug auf der explosiven Mischung von Dynamit bilden, der die Absorption von Feuchtigkeit und die daraus resultierende Gefahr der Ausschwitzung von Nitroglyzerin verhindern würde (Wargin & Pullen, 2009). Nobel entdeckte außerdem, dass das Auflösen von 8 % Kollodium-Baumwolle in flüssigem Nitroglyzerin diese in ein stabiles Gelee verwandelte, das als starker Sprengstoff verwendet werden konnte (Davis, 1941).

Diese Mischung erforderte keine zusätzlichen Lösungsmittel, wenn das Nitroglyzerin in einem Wasserbad leicht erwärmt wurde. Baumwollkollodium war jedoch teuer, und obwohl die Mischung mit Nitroglyzerin hochexplosiv war, wurden andere billigere, aber weniger starke Mischungen bevorzugt. So war das Mischen von Nitroglyzerin mit Oxidationsmitteln und brennbaren Stoffen zwar billig, aber das daraus resultierende Gelatineprodukt war weniger stark.

Ballistit

1888 erfand Nobel Ballistit – ein dichtes rauchloses Pulver. Zu dieser Zeit lebte Nobel in Frankreich, und Paul Vieille, ein französischer Physiker, hatte 1884 das erste rauchlose Pulver erfunden (Wargin & Pullen, 2009). Dieses Pulver wurde in der französischen Marine und Armee in großem Umfang eingesetzt. Nobel begann zu experimentieren, um eine verbesserte Version des vorhandenen Schießpulvers zu entwickeln. Schließlich entwickelte er Ballistit, ein “steifes, gallertartiges Gemisch aus Nitroglycerin und löslicher Nitrocellulose in einem Verhältnis von 1:2 bis 2:1, das mit Hilfe eines Lösungsmittels hergestellt wurde, das später entfernt und zurückgewonnen wurde” (Davis, 1941, S. 294).

Nobel entdeckte, dass die Substitution aller natürlichen Harze in Zelluloid durch Nitroglyzerin ein geeignetes Treibmittel ergibt, das als Schießpulver verwendet werden kann. Zunächst wurden die natürlichen Harze des Zelluloids in Nitroglyzerin aufgelöst und dann Benzol hinzugefügt. Die Mischung wurde dann getrocknet, zerkleinert und geknetet, damit das Benzol verdampfen konnte. Das entstandene Material wurde zwischen warmen Walzen gewalzt, um sicherzustellen, dass es homogen ist.

Später entdeckte Nobel, dass Nitro-Stärke anstelle von Nitrocellulose verwendet werden konnte. Ein Jahr später machte Nobel eine weitere Entdeckung, die die Herstellung von Ballistit verändern sollte. Er fand heraus, dass Ballistit mit löslicher Nitrocellulose anstelle von Naturharzen oder anderen Lösungsmitteln hergestellt werden konnte (Sundberg, 2017). Bei diesem Modell würde lösliche Nitrocellulose mit Nitroglyzerin unter Wasser gemischt und erhitzt, um eine Gelatinierung zu erreichen.

Alternativ kann der Verkleisterungsprozess durch die Zugabe von mehr Nitroglyzerin katalysiert werden, als für die endgültige Zusammensetzung des Pulvers erforderlich ist. Das überschüssige Nitroglyzerin wurde mit Methylalkohol entfernt. Das so entstandene Pulver war das Ballistit, das in Geschossen und Artilleriegranaten verwendet wurde (Davis, 1941). Das französische Militär übernahm diese Form des Schießpulvers nicht, aber Nobel lizenzierte es in Italien, wo es in großem Umfang militärisch genutzt wurde.

Gelignit

Gelignit ist eine andere Bezeichnung für Sprenggelatine. Im Jahr 1875 wurde klar, dass Dynamit nicht stark genug war, um bei großen Explosionen eingesetzt zu werden. Daher kam Nobel auf die Idee, einen leistungsfähigen Sprengstoff zu entwickeln. Nach zahlreichen Experimenten fand er heraus, dass die einzige Möglichkeit, einen hochwirksamen Sprengstoff zu entwickeln, darin bestand, Nitroglyzerin nicht mit anderen Stoffen zu vermischen. Die beste Möglichkeit war, Nitroglyzerin allein und ohne Verunreinigungen zu verwenden. Flüssiges Nitroglycerin konnte jedoch nicht sicher gezündet werden (Klapotke, 2017). Daher musste es mit einem anderen Material als den früher bei der Herstellung von Dynamit verwendeten Absorptionsmitteln stabilisiert werden.

Bei seinen Experimenten fand Nobel heraus, dass sich beim Auflösen von Nitroglyzerin in Schießbaumwolle oder Nitrocellulose ein stabiles Gelee bildete, das er Gelignit nannte. Dieser Sprengstoff war besser als Gelatine, weil er leistungsfähiger und vielseitiger war, da er auch unter Wasser verwendet werden konnte. Außerdem gab es bei diesem gelatinierten Gelee nicht die mit Dynamit verbundenen Probleme des “Schwitzens”, bei dem Nitroglyzerin aus der Mischung austrat, was die Verwendung gefährlich und unsicher machte (Davis, 1941).

Daher war Gelignit sehr stabil und daher sicher in der Handhabung, und es konnte je nach Verwendungszweck in jede gewünschte Form gebracht werden. Allerdings war Gelignit teurer als Dynamit, und seine Herstellung war sehr gefährlich. Daher wurde es nicht in großen Mengen hergestellt, und Unternehmen und Militärs entschieden sich für Dynamit, weil es billig und sein Herstellungsverfahren im Vergleich zu Gelignit sicherer war.

Friedensnobelpreis

Trotz seiner zahlreichen Erfolge als Erfinder, Wissenschaftler und Industrieller war Nobel innerlich zerrissen. Er wurde zum Philanthropen, indem er sich verpflichtete, einen Teil seines Geldes an die Armen und Bedürftigen zu spenden. Doch trotz dieser guten Taten wusste Nobel, dass er als ruchlos galt, vor allem wegen des kolossalen Reichtums, den er durch den Verkauf von Waffen erwarb. Dieses Problem wurde 1888 durch den Tod seines Bruders noch verschärft.

Nobel wurde mit seinem Bruder verwechselt, und eine Zeitung hatte in ihren Nachrufen fälschlicherweise berichtet, der “Kaufmann des Todes” sei tot (Feldman, 2012). Daraufhin beschloss er, 94 Prozent seines Vermögens zu vermachen, um jährliche Preise in den Bereichen Physik, Chemie, Medizin, Literatur und für Personen oder Gesellschaften zu finanzieren, die sich für den Weltfrieden einsetzen. Im Jahr 1901 wurden die ersten Nobelpreise an verdiente Personen vergeben. Dies war die Geburtsstunde der begehrten Friedensnobelpreise.

Schlussfolgerung

Alfred Nobel war ein ehrgeiziger Wissenschaftler, Erfinder und erfolgreicher Industrieller. Zu seinen bemerkenswerten Erfindungen gehören Nitroglyzerin, die Sprengkapselzündung, Dynamit, Gelignit und Ballistit. Das Bestreben, die Herstellung und Verwendung von Nitroglyzerin sicher zu machen, führte zur Entdeckung des Dynamits und des Sprengkapselzünders. Seine Arbeiten über Nitroglyzerin stellten einen Wendepunkt in seinem Leben und seiner Karriere dar, denn vor seiner Entdeckung konnte Nitroglyzerin nicht sinnvoll verwendet werden.

Durch die Stabilisierung von Nitroglyzerin mit Siliziumdioxid als Absorptionsmittel und dessen Zündung mit der Sprengkapsel revolutionierte Nobel die Herstellung und Verwendung von Sprengstoffen in der Industrie und beim Militär. Er ließ seine Entdeckungen in verschiedenen Gerichtsbarkeiten in Europa und den USA patentieren und gelangte zu ungeahntem Reichtum. Dennoch störte es ihn, dass seine Erfindungen zum Krieg beitrugen und er damit Geld verdiente. Daher vermachte er 94 Prozent seines Vermögens den Friedensnobelpreisen, die jährlich an Personen mit herausragenden Leistungen in verschiedenen Bereichen verliehen werden.

Referenzen

Davis, T. L. (1941). Die Chemie und das Pulver von Explosionen. New York, NY: John Wiley & Sons.

Fant, K. (2006). Alfred Nobel: A biography. New York, NY: Arcade Publishing.

Feldman, B. (2012). Der Nobelpreis: Eine Geschichte von Genie, Kontroverse und Prestige. New York, NY: Arcade.

Hopler, R. B. (2010). Geschichte, Entwicklung und Eigenschaften von Sprengstoffen und Treibmitteln. In A. Beveridge (Hrsg.), Forensische Untersuchungen von Explosionen. New York, NY: CRC Press, S. 1-19.

Klapotke, T. M. (2017). Chemie der Hochenergiematerialien (4. Aufl.). Berlin, Germany: Walter de Gruyter GmbH.

Sundberg, R. J. (2017). Das chemische Jahrhundert: Molekulare Manipulation und ihr Einfluss auf das 20. Jahrhundert. New York, NY: Apple Academic Press.

Wargin, K., & Pullen, Z. (2009). Alfred Nobel: The man behind the peace prize. Ann Arbor, MI: Sleeping Bear Press.

Worek, M. (2010). Der Nobelpreis: Die Geschichte von Alfred Nobel und dem berühmtesten Preis der Welt. Richmond Hill, ON: Firefly Books.