Лекція 4 Хімічні властивості деревини і кори.
Елементний склад. Вміст основних органічних речовин
•Деревина складається на 99 % з органічних речовин. Елементарний хімічний склад деревини майже однаковий для всіх порід. В середньому суха деревина (висушена при 103 С) містить, %:
•вуглецю С - 50;
•кисню О2 -43;
•водню H - 6,3;
•азоту N - 0,04-0,26
•мінеральних сполук, поєднання Са, К, Nа, Мg, Р, S та ін.0,3-1,2 (які визначаються при спалюванні деревини). Частина сполук розчинена в воді: поташ К2СО3, та сода Nа2 СО3, з нерозчинених - солі кальцію (СаСО3- вуглекисле вапно).
Схематичне зображення хімічного складу деревини
Деревина
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Целюлоза |
|
геміцелюлоза |
|
|
лігнін |
|
Екстрактивні речовини |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Смоли, камеді, |
|
|
пентозани |
|
|
|
|
|
гексозани |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жири, таніни, |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пектини, тощо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ксилани |
|
|
арабінани |
|
|
галактани |
|
|
манани |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•Клітинні стінки деревини збудовані з органічних сполук, що представлені: целюлозою,
•лігніном
•геміцелюлозою.
•Деревина хвойних порід відрізняється більшим вмістом целюлози, а листяних - пентозанів.
•В деревина ранньої зони містить целюлози більше, ніж пізня зона. Гілки мають менше целюлози на 3-10% ніж стовбур. У корі концентрується більшість мінеральних сполук, а целюлози - менше. Кора містить суберін.
Целюлоза
•Целюлоза - основний компонент деревини. За масою складає майже 50% деревинної речовини. Густина - 1,54-1,58 г/см3. Це стійка органічна сполука білого кольору.
•Це - високомолекулярний лінійний полімер (полісахарид), при хімічному розкладі якого за допомогою мінеральних кислот утворюється простий
цукор -глюкоза. Як і крохмаль целюлоза має формулу (С6Н1005)n - де n - ступінь полімеризації. За своєю структурою целюлоза складається з ланцюга, ланками якого є глюкозні залишки, кількість яких 5000-10000.
•Кожна пара пов"язаних між собою глюкозних залишків утворює целобіозу.
•Регулярність будови ланцюга макромолекули целюлози та значна внутрішня та міжмолекулярна взаємодія проявляється в тому, що целюлоза має особливі властивості в порівнянні з іншими лінійними полімерами (наприклад, нерозчинність у воді, спирті та більшості органічних розчинників). При нагріванні до температури розкладу целюлоза зберігає властивості склоподібного тіла, якому притаманні переважно пружні деформації.
•Під час росту дерева лінійні молекули збираються у високовпорядковані нитки, що називаються фібрілами, які є складовими клітинної стінки.
•Тісний фізичний та, можливо, хімічний зв"язок целюлози з лігніном забезпечують її корисні фізичні властивості.
Геміцелюлози
•Геміцелюлози - до цієї групи відносяться полісахариди, що знаходяться в стінках клітин деревини та відрізняються від целюлози тим, що розчиняються у мінеральних розчинниках. Це пояснюється меншою довжиною макромолекул (ступінь полімеризації до 200) і меншою молекулярною масою.
•У клітинній стінці деревини з цієї групи полісахаридів
зустрічаються пентозани (С5 Н8 О4)n і гексозани (С6 Н10 О5)n. Листяні породи мають високий вміст пентозанів, з яких на практиці можна отримувати спирти.
•За останніми даними до складу геміцелюлоз входять не тільки гомополімери ( які складаються з однакових елементарних ланцюгів), але й сополімери (різні ланцюги) - арабогалактан, який розчиняється у воді ( його вміст в деревині модрини становить майже 25%).
•На відміну від целюлози геміцелюлози виробляють більш ніж одну різновидність цукру при гідролізі. Відносні кількості цих цукрів помітно коливаються у різних порід. Листяні породи мають 20-30% геміцелюлоз із ксилозою - як основний цукор. До основного полімерного ланцюга приєднуються у менших кількостях арабіноза, маноза тощо.
•Хвойні - 15-20%, основний цукор - маноза, а ксилоза, арабіноза - в менших кількостях. У виробництві паперу геміцелюлози відіграють важливу роль у зчепленні волокон.
Лігнін
•Лігнін - зустрічається у вигляді міжклітинної речовини. Це ароматична сполука, хімічна природа якої ще недостатньо вивчена, тому що в процесі виділення з деревини природній лігнін зазнає перетворень і відрізняється один від одного залежно від способу отримання ( м.б. жовтим та коричневим).
•Лігнін хімічно менш стійкий ніж целюлоза. Це використовують для виділення целюлози з деревини, але він стійкіший проти грибів і бактерій. За t= 130 °С лігнін стає пластичним, а при охолодженні твердіє. Цю властивість використовують в технології склеювання плитних матеріалів, паливних брикетів.