Химический состав древесины

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нижегородская Государственная Сельскохозяйственная Академия

Реферат на тему:

«Химический состав древесины»

Выполнила студентка

1 курса

Группы 91 а/э

Семочкина Надежда

Нижний Новгород 2015

Введение

Первые исследования в области химического состава древесины относятся к началу девятнадцатого века. В то время изучался только элементный состав древесины, которую считали индивидуальным соединением, соотношение элементов в котором колеблется в определенном интервале, в зависимости от вида древесного растения. Более детальное и широкое изучение компонентного состава древесины началось в начале двадцатого столетия. Была выяснена зависимость компонентного состава древесины от различных факторов: породы, части дерева, условий местопроизрастания, возраста, времени рубки, повреждения гнилями и т. п.

Компоненты, входящие в состав древесины

Древесина имеет слоисто-волокнистое строение: кора, луб, заболонь, сердцевина.

Древесина - ткань высших растений, состоящая из высокомолекулярных и низкомолекулярных экстрагирующих (кислот, смол, эфирных масел, стеаринов) и минеральных веществ. *

Древесина состоит преимущественно из органических веществ (99% общей массы). Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков. Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 50,9 %углерода, , 43%кислорода,, 6% водорода, 0,1-0,3% азота.

Перечисленные химические элементы образуют основные органические вещества, входящие в состав древесины: целлюлозу, лигнин и гемицеллюлозы, которые составляют 90-95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные 5-10% составляют экстрактивные вещества, т.е. извлекаемые из древесины различными растворителями. Главные из них -- дубильные вещества и смолы. Кроме того, в древесине содержится 0,2-1,7% массы неорганических веществ, получаемых из золы после сжигания древесины. Это соли кальция, калия, натрия, магния. 

Если все вещества разложить в порядке классификации , принятой в неорганической и органической химии получится следующий ряд.

Соли металлов, растворенные в питательных соках и некоторые другие соединения камеди, пектины) -около 1 %

Терпены- составляют около 5 % в древесине хвойных пород и очень незначительны или полностью отсутствуют в древесине лиственных.

Алифатические спирты и стеарины - доли процента.

Спиртофенольные соединения составляют 20 -30 % древесной ткани. Большая часть фенольных веществ образует лигнины.

Алифатические и смоляные кислоты. Высшие жирные кислоты встречаются в любой древесине в виде сложных эфиров .

Углеводы представлены в основном полисахаридами ,составляющими около 70 % вещества древесины ( целлюлоза, гемицеллюлоза, крахмал, водорастворимые полисахариды) , а также низкомолекулярными сахарами соков и развивающихся тканей.

Белки- составляют значительную часть развивающихся тканей, в зрелой древесине их мало.

Целлюлоза

- природный полимер, полисахарид с длинной цепной молекулой.

Формула целлюлозы (C6H10O5)n, где n - степень полимеризации, равная 6000-14000.

Это очень стойкое вещество, нерастворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета. Пучки макромолекул целлюлозы - тончайшие волоконца называются микрофибриллами. Они образуют целлюлозный каркас стенки клетки. Микрофибриллы ориентированны преимущественно вдоль длинной оси клетки, между ними находится лигнин, гемоцеллюлозы, а также вода.

В качестве сырья древесину потребляют три отрасли химической промышленности: целлюлозно-бумажная, гидролизная и лесохимическая. Целлюлозно-бумажная промышленность вырабатывает целлюлозу для изготовления бумаги, картона и целого ряда целлюлозных материалов (производных целлюлозы), а также древесноволокнистых плит. Основываясь на высокой химической стойкости целлюлозы, путём воздействия различных агентов на древесину переводят в раствор сопровождающие её менее стойкие вещества. Различают три группы способов промышленного получения целлюлозы: кислотные, щёлочные и нейтральные. Выбор того или иного способа зависит в основном от природного состава перерабатываемого древесного сырья.

древесины целлюлоза состав химический

Гемицеллюлозы

Группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (C5H8O4)n и гексозаны (C6H10O5)n

Формула гексозанов на первый взгляд идентична формуле целлюлозы. Однако степень полимеризации у всех гемицеллюлоз гораздо меньше и составляет 60-200. Это свидетельствует о более коротких цепочках молекул и меньшей стойкости этих веществ по сравнению с целлюлозой.

Полисахариды ГМЦ -- обязательная составная часть клеточных стенок растений, выполняют в основном конструктивные функции, инкрустируя целлюлозу. В ряде случаев наряду с крахмалом полисахариды ГМЦ являются запасными питательными веществами. Они входят в состав клеточных стенок различных микроорганизмов.

Гемицеллюлозы, разделяются на группу пентозанов и гексозанов.

Пентозаны при гидролизе образуют сахара-пентозы, которые не способны бродить и давать спирт, гексозаны образуют сахарагексозы, способные бродить и дающие спирт. Пентозаны преобладают в древесине лиственных пород, гексозаны -- в древесине хвойных.

Лигнин

Лигнин (от лат. lignum -- дерево, древесина)

сложное полимерное соединение, содержащееся в клетках сосудистых растений. Относится к инкрустирующим веществам оболочки растительной клетки. Отложение Л. в клеточных оболочках вызывает одревеснение клеток и увеличивает их прочность. Древесина лиственных пород содержит 20--30% Л., хвойных -- до 50%; у низших растений (водоросли, грибы) и мхов Л. не обнаружен. Одревесневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, которую можно сравнить со структурой железобетона: микрофибриллы целлюлозы (См. Целлюлоза) по своим свойствам соответствуют арматуре, а Л., обладающий высокой прочностью на сжатие, -- бетону. Химическое строение Л. не установлено окончательно. Молекула Л. состоит из продуктов полимеризации ароматических спиртов; основной мономер -- конифериловый спирт:

Лигнин, по сравнению с целлюлозой отличается меньшей стойкостью, легче подвергается воздействию горячих щелочей, окислителей и пр. Под действием сернистой кислоты или раствора едкого натра лигнин переходит в раствор. На этом свойстве основано получение из древесины целлюлозы, которая освобождается при этом от лигнина, образуя техническую целлюлозу. Сульфатный лигнин ограниченно применяется в производстве полимерных материалов, фенолформальдегидных смол, и как компонент клеящих композиций в производстве ДСП, картона, фанеры и др.Гидролизный лигнин служит котельным топливом в лесохимических производствах, а также сырьем для получения гранулированного активного угля, пористого кирпича, удобрений, уксусной и щавелевой кислот, наполнителей.[7

Содержание целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина

В среднем можно принять, что в древесине хвойных пород содержится 48--56% целлюлозы, 26--30% лигнина, 23--26% гемицеллюлоз (10--12% пентозанов и около 13% гексозанов); в то же время древесина лиственных пород содержит 46--48% целлюлозы, 19--28% лигнина, 26--35% гемицеллюлоз (23--29% пентозанов и 3--6% гексозанов). Из этих данных видно, что древесина хвойных пород содержит повышенное количество целлюлозы и гексозанов, а для древесины лиственных пород характерно высокое содержание пентозанов. В клеточной оболочке целлюлоза находится в соединении с другими веществами; особенно тесная связь, характер которой до сего времени не ясен, наблюдается между целлюлозой и лигнином. Ранее считали, что лигнин лишь механически примешан к целлюлозе; однако в последнее время все более приходят к убеждению, что между ними существует химическая связь.

Второстепенные вещества

Низкомолекулярные вещества. Составляют несколько процентов от массы древесины Не оказывают большого влияния на ее свойства Органические и неорганические вещества Органические низкомолекулярные вещества называют экстрактивными веществами Неорганические вещества выделяются в виде золы

Экстрактивные вещества. Органическими растворителями из древесины выделяют смоляные и жирные кислоты, воски, стерины и др. Смолы. В смоле хвойных пород содержится около 40% терпенов и смоляных кислот. Терпены составляют основу технического продукта - скипидара Живица - жидкость, выделяющаяся при ранении ствола. Содержит жидкую, легко подвижную и летучую с водяным паром часть и смоляную часть, содержащую смоляные кислоты. При уваривании смоляных кислот образуется технический продукт - канифоль. При экстракции из древесины этих веществ строение и состав кле-точных стенок не претерпевают существенных изменений, вследствие чего проэкстрагированную древесину можно исполь-зовать для последующей переработки, как и натуральную.

Заключение

Определение химического состава древесины имеет большое значение как с теоретической, так и с практической точек зрения. Особенно важно знать химический состав древесины при использовании ее в качестве сырья для химической переработки в связи с тем, что различные отрасли производства предъявляют к древесному сырью различные требования. Однако определение химического состава древесины связано с большими трудностями из-за сложности строения клеточных стенок и существования тесной связи между отдельными компонентами древесины. До сих пор еще не найдено совершенных методов, позволяющих выделять эти компоненты в неизмененном состоянии. Трудности выделения отдельных составных частей древесины осложняются их высокомолекулярной природой. При выделении отдельных веществ древесины (например, целлюлозы, лигнина) приходится прибегать к сравнительно жестким методам химического воздействия, которые вызывают изменение химического состава и молекулярного веса вследствие гидролитических, окислительных и других химических реакций. Кроме того, выделенные вещества, как правило, содержат примеси других компонентов и продуктов их разложения. Поэтому методы анализа, основанные на выделении отдельных компонентов, не всегда точно характеризуют их количественное содержание в древесине. Следует также отметить, что определение некоторых компонентов древесины (например, пентозанов) основано на косвенных методах с применением эмпирических расчетных формул.

Источники

- Г.Н Кононов. « Химия древесины и ее основных компонентов.»

-Богомолов В. Д « Химия древесины и основы химии высокомолекулярных соединений.»

-http://ru-ecology.info/

-Никитин В.М «Химия древесины и целлюлозы»

Размещено на Allbest.ru