Vuurwerkafsteker is beschermd door lage dosis knalstof

Alledaagse wetenschap Wekelijks stuit Karel Knip in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen. Deze week: in vuurwerk kan veel gevaarlijker knalstof dan buskruit zitten.

Foto NRC

In de bulk van het vuurwerk dat maandagavond wordt afgeschoten zal zwart buskruit zitten: gunpowder of Schwarzpulver. Het is een mengsel volgens een recept uit de middeleeuwen waarin kaliumnitraat (‘salpeter’), houtskool en zwavel in de verhouding 15:3:2 zijn samengebracht. Kaliumnitraat (KNO3) is het actieve bestanddeel, het treedt op als de oxidator van kool en zwavel. Lange tijd waren gier en stalmest het uitgangsmateriaal voor de nitraatproductie, in de negentiende eeuw is vooral chilisalpeter gebruikt. Houtskool en zwavel zijn de minder kritische bestanddelen, als je ze vervangt door suiker, zetmeel of zaagsel houd je nog steeds een heel brandbaar mengsel over.

Het wonder van buskruit is dat het werd ontwikkeld in de tijd dat scheikunde nog alchemie was en bovendien: dat het tot ver in de negentiende eeuw werd verbeterd. Het zat nog lang in de springkoppen van granaten en werd in de Eerste Wereldoorlog nog wel gebruikt voor geweerpatronen.

Toen de moderne scheikunde rond 1810 zijn fundament had gekregen, verschenen al snel nieuwe explosieven. Je zou er met wat goede wil nabootsingen van het buskruit in kunnen zien, met dat verschil dat het nitraat met behulp van salpeterzuur chemisch werd gebonden aan allerlei oxideerbare stoffen, zoals glycerine (uit dierlijk vet), gezuiverde katoen en de vele organische stoffen (zoals fenol en tolueen) die uit steenkoolteer waren te winnen. Wat je kreeg was nitroglycerine, nitrocellulose (schietkatoen), cordiet, picrinezuur (lyddiet), TNT (trinitrotolueen) en nog heel veel meer. Bijna allemaal stikstofverbindingen dus, pas rond 1910 kwamen er ook wat chloraten en perchloraten bij, hoewel die als instabiel en onbetrouwbaar werden beschouwd. Op een aparte plaats staat het gevaarlijke, extreem stootgevoelige kwikfulminaat (knalkwik) dat in slaghoedjes werd opgenomen om er andere explosieven mee te ontsteken.

Theatervuurwerk

Er is nooit dynamiet, TNT of picrinezuur in consumentenvuurwerk terecht gekomen, maar wie de bijlagen bij de Regeling aanwijzing consumenten- en theatervuurwerk doorneemt stelt vast: het zal niet veel gescheeld hebben. In zijn streven om het Nederlandse volk te behagen en te vermaken heeft de wetgever meer chemicaliën in consumentenvuurwerk toegestaan dan je voor mogelijk hield. Lees het na: ja, veel zwart buskruit, maar ook nitrocellulose, chloraat, perchloraat en zilverfulminaat. De wetgever zal gedacht hebben: ’t gaat maar om kleinverpakkingen, je kan er hoogstens een oog door verliezen en het volk moet toch een verzetje hebben, maar dat ging dan voorbij aan het feit dat die minivuurwerkartikeltjes elders op de wereld grootschalig geproduceerd worden. En er gaat geen jaar voorbij zonder dodelijke explosies in al die shabby vuurwerkfabrieken van China, India, Mexico en noem maar op. Vreemd genoeg wordt dit argument weinig gebruikt in het lopende vuurwerkdebat.

Het pijnlijke is dat zelfs in het ‘fop- en schertsvuurwerk’ van de feestwinkels zoveel gevaarlijke stoffen voorkomen. De vermaarde sterretjes (sparklers), die o zo veilig ‘koud vuur’ zouden afgeven, bestaan uit kaliumchloraat of -perchloraat met aluminium. In een aangepaste uitvoering is die combinatie hoogst explosief.

In potentie extreem gevaarlijk

Zou iemand zich weleens hebben afgevraagd wat het stootgevoelige explosief is in de klappertjes van het klassieke klapperpistool, de cap gun, die hier rond 1915 populair werd onder invloed van de eerste films met cowboys en mooie natuurbeelden? Het bestaat uit een mengsel van kaliumchloraat en/of kaliumperchloraat met rode fosfor, zwavel en een beetje krijt. Het mengsel wordt aangeduid als Armstrong’s mixture en het werd in 1996 in een vakblad nog ‘in potentie extreem gevaarlijk’ genoemd. De klapperpistoolschutter wordt beschermd door de minieme omvang van de porties waarin de slagsas over de papierrol is verdeeld. In de fabriek ontbreekt die bescherming.

Armstrong’s mixture wordt ook gebruikt voor de ‘trektouwtjes’ die hier op de foto staan. Het poeder zit er in een minuscuul kokertje waar een dubbel geslagen touwtje doorheen is getrokken. Bij het uiteentrekken van de touweinden ontstaat zoveel hitte dat het mengsel ontploft. De confettiflesjes (party poppers) werken volgens hetzelfde principe.

Dat de trektouwtjes net zo stootgevoelig zijn als klappertjes wordt op YouTube gedemonstreerd door een man die er een stuk of 25 combineert en er een zware steen op laat vallen.

Vroeger werd voor de trektouwtjes wel het giftige kwikfulminaat gebruikt, noteert Wikipedia. De ‘bijlagen’ zwijgen over deze stof, maar noemen wel zilverfulminaat. Dat blijkt de uiterst explosieve stof die de zogeheten knalerwten (throwdowns of bangsnaps) tot ontploffing brengt. De knalerwten bestaan uit elegante pakjes sigarettenvloei gevuld met zandkorrels waarin wat zilverfulminaat is opgenomen. Je moet niet denken aan het gevaar dat een grote hoeveelheid zuiver zilverfulminaat in de fabriek oplevert. Anderzijds wil je, eh, natuurlijk ook weleens weten hoe makkelijk het fulminaat uit het Chinese zand is te extraheren.

Want dit is toch wel het vermelden waard: het vreemde fulminaat komt óók uit de alchemie. Al in 1663 beschreef Samuel Pepys in zijn dagboek een proef met een korrel goudfulminaat (‘Aurum fulminans’) die bij explosie een gat in een lepel sloeg. Dat wil je weleens nadoen.