黑火藥

本上火藥的成分主要分為硝、碳、硫三種原料，其功能如下：

• 硝的功用是在火藥燃燒時產生氣體提升威力。
• 碳則是提供燃燒的能源。
• 硫的功用則在於降低燃點到250℃，在燃燒時則提高溫度到330℃。

透過三個元素比例的改變就會產生不同的彈道效果。最早期的火藥又稱為「黑火藥」（black powder），然而事實上色澤接近於非常深的灰色。自從人類發明火藥並且透過爆炸時產生的威力體會到其威力可以轉化為「能」，或者形成一種「作用力」，因此產生軍事與武器上的變革。然而早期的火藥受限於工藝水準，不僅威力有限並且危險，使用起來也相當不方便，因此到了1586年（明神宗萬曆十四年），西班牙部隊意識到將火藥進行模組化能提升攜帶與使用上的效率，因此將定量的火藥與彈丸以厚紙片裹成一個紙筒，直接用通條推入槍膛底準備擊發。如此可以加速射擊裝填的效率，射手不需要再將火藥包撕開或咬開之後再將火藥倒入槍膛，之後將一小塊布匹以通條沖入槍膛將火藥定形，拉出通條後再將彈丸以通條摏入槍膛與火藥壓實, 最後拉出通條準備射擊。
這樣算起來直接將厚紙板包裹的定量火藥與彈丸摏入膛底準備發射比起前面的射擊過程簡述至少減少了八個動作（實際上把所有細節動作總計起來共有43項；見槍械發展史第三章-火繩槍；火繩槍的發射程序）。祖芬戰役中西班牙部隊以25,000人以及彈藥上的雙重優勢擊敗荷蘭新教徒與英國部隊聯軍，自損4,500，殺敵6,000人（雖然人數與彈藥上佔優勢但是槍枝的精準度不良以及槍枝與彈藥性能容易受到天候干擾以至於沒有將優勢倍乘）；至於「彈藥紙」（cartridge paper）也從此留在字典裡。
雖然模組化的彈藥帶來相當的便利性，然而當時尚未突破的瓶頸包括火藥的精純度與產量，尤其精純度不足因此在發射時只有大約一半不到的成分能夠形成氣體，而其餘的成分在燃燒後便成固體狀態的殘渣，所以說當時的火藥的能量轉換效率相當不理想，使用黑火藥的彈頭初速平均無法突破音速，威力相當於今天的9mm手槍子彈[3]。
以精純度而言，事實上火藥的燃燒率跟壓力或者溫度缺乏關連；火藥的燃燒本身是種非常複雜的反應，同一個體積內有些火藥產生熱量但是某些火藥反應反而會吸收熱量，真正要達成燃燒率基本上反而跟火藥顆粒大小有關；火藥顆粒總體表面積越大，能夠進行燃燒反應的區域就越小，燃燒速率自然較低。當時尚未突破的工藝技術瓶頸就是無法有效地降低火藥顆粒尺寸。
我們可以說受限於無法提升精純度的火藥在使用方面就會產生下列的問題：

1. 由於純度不足所以火藥自然含有較多的水分與溼度，因此造成燃燒不完全而產生大量的白煙，一方面會直接暴露射擊位置，二來會遮蔽自身的視線無法迅速進行射擊結果觀察與彈道修正。
2. 精度不足的原因在於生產火藥時顆粒無法細緻化（refine），因此火藥燃燒後會留下大量的殘渣殘留在槍膛或砲膛中。對於當時的槍砲來說在持續射擊數發不等之後，就會形成對於後續的彈藥裝填造成困難，因此必須不斷地間歇地進行清除程序，而如此又會降低發射速率。
3. 殘渣中的硫酸鉀（potassium sulfate）和碳酸鉀（potassium carbonate），成分容易造成膛壁腐蝕（corossion），通常導致槍砲威力不足，或者膛炸。

前面敘述早期的火藥精純度不足造成威力有限的原因多半都是物理性的，以化學性方面來說就是硝的比例不夠高。對於什麼都好奇而什麼都研究的偉大哲學家羅吉爾·培根曾經在1242年於自撰的「De Mirabili Potestate Artis et Naturae」（論藝術與自然的奇妙力量；Mirabili意為「wonderful」、「wonders」以及「miracles」）提到「將七份硝石、五份新鮮榛樹枝、和五份硫磺放在一起，你就可以創造雷鳴與毀滅。」
然而經過換算事實上在培根的配方中硝的比例只有41.2%，早期的中國火藥配方中硝的比例最多也只到60%左右，還不及於現代配方的 75%。前面提到由於硝是火藥燃燒時產生氣體的來源，如果配方中硝的比例低那麼自然產生氣體的量也就低，至於爆炸的威力就不用再提了。