В основе горения пороха лежали сложные химические реакции, варьировавшиеся в зависимости от точного состава конкретной смеси и условий, при которых происходило сгорание. Упрощая, можно сказать, что нитрат калия вступал в реакцию с углеродом и серой, чтобы образовать сульфид калия, газообразную двуокись углерода и азот:
>2KNO>3 + S + 3С — > K>2S + 3СО>2 + N>2
На самом деле в результате реакции образовывались также соединения калия, окись углерода и следы сопутствующих веществ. Твердые вещества составляли 56 процентов продуктов горения, они выделялись в виде дыма и осадка на поверхности канала ствола. Двуокись углерода, азот и другие газообразные вещества составляли 44 процента. Эти газы при нормальном давлении и температуре занимали бы объем в 280 раз больший, чем изначальный объем пороха. Однако при температуре реакции они расширялись, занимая уже в 3600 раз больший объем и развивая в стволе давление в 20 тонн на один квадратный дюйм, которое и доводило до конца работу взрыва. Чтобы степень расширения газа стала наглядной, представьте себе линейку длиной в ярд (размер порохового заряда), практически мгновенно вырастающую в длину до двух миль (настолько увеличится объем газов).
Главное свойство этой реакции — скорость ее протекания. Кусок каменного угля, сгорающий полностью, на самом деле выделяет при горении больше энергии, чем то же количество пороха, только четверть которого сгорает при взрыве. Однако уголь горит медленно и отдает свое тепло в течение гораздо более долгого периода времени. Порох же превращает всю свою потенциальную энергию в горячие расширившиеся газы за тысячные доли секунды.
В орудийном стволе значительная часть химической реакции проходила прежде, чем ядро трогалось с места. Горячие газы действовали подобно мощной пружине, сжатой между 12-фунтовым снарядом и казенной частью пушки. Поскольку ядро было гораздо легче, чем массивное орудие, оно выталкивалось вперед на чрезвычайно большой скорости, хотя и пушка также испытывала мощный удар отдачи. Начав движение, ядро преодолевало длину ствола за десять тысячных секунды — мгновение ока (моргание глаза) длится в девять раз дольше. За это время снаряд набирал максимальную скорость. Вылетев из жерла в сопровождении грохота расширяющихся газов, клубов дыма и языков пламени, он продолжал свой путь с достаточной кинетической энергией, чтобы пролететь милю или больше.
«Мощь пороха до настоящего времени служила только насилию битвы, — писал в 1673 году голландский ученый Христиан Гюйгенс. — И хотя люди долго надеялись, что кто-нибудь сможет умерить эту великую скорость и стремительность, чтобы приспособить ее для других целей, никому, насколько я знаю, это так и не удалось».