Химический состав древесины

Обычно древесиной называют тот материал, из которого построены ствол, ветки и корни лесных и кустарниковых пород, что неправильно, так как анализ злаков, масляничных и других растений показывает, что их растительная ткань состоит в основном из тех же основных элементов, как и древесина хвойных или лиственных пород.

В табл. дан химический анализ хвойных и лиственных пород.

Содержание в некоторых растениях гемицеллюлоз (пентозан) иногда превышает содержание их в древесных породах (в %):

Целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин входят в состав всех высокоорганизованных растений, составляя основной остов всей их растительной массы. По содержанию основных составных частей, как видно из табл. 1, лиственная древесина ближе к злакам, чем к хвойным.

Помимо целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, находящихся между собой в большей прочной химической связи, в различных растений находится целый ряд других веществ, соединенных с ними или адсорбционно или же заполняющих внутренность клеток, сосудов и свободные промежутки между клетками.

Таковы смолы, жиры, воски, белковые, красящие, дубильные вещества, эфирные масла, глюкозиды, алкалоиды. Содержание этих веществ, не составляющих основной остов растения, иногда бывает настолько велико, что их древесина используется именно для получения этих веществ, как например сосны (пневый осмол), дуба, ивы и других танидоносных растений, каучуконосов, красильных деревьев и т. п.

В отличие от основных эти вещества легко извлекаются действием теплой или горячей воды или же органическими растворителями (спиртом, эфиром, бензолом и др.).

Еще до сих пор широко распространено ошибочное и вредное для промышленного использования древесины мнение, что основные ингредиенты: целлюлоза, гемицеллюлозы и лигнин находятся в растительной ткани как бы в случайной смеси не связанными химически между собой. Гемицеллюлозы и лигнин являются как бы «спутниками» целлюлозы (К. Гесс) и по данным некоторых авторов даже происшедшими путем изменения или разрушения целлюлозы. Е. Schmidt рядом работ (с своими сотрудниками) показал, что при осторожном удалении лигнина остается углеводная часть, названная им «скелетным веществом» (Skelet-substanz), отдельные части которого находятся в стехиометрическом соотношениях между собой.

То же было доказано Рункелем и Ланге, Хеглундом (Hagglund), Риттером и Куртом, а для русских пород (сосны, осины и лиственницы) — Жеребовым и Плугнянской. Курт и Риттер доказали кроме того, что нагреванием с 1%-ной серной кислотой их «холоцеллюлоза», соответствующая скелетному веществу Шмидта, гидролизуется, оставляя углеводное соединение, С. В. — целлюлозу, т. е. ту связанную с пентозанами целлюлозу, которая получается при выделении ее из древесины по стандартному методу Cross-Bewon.

Жеребовым и Палеевым доказано, что углеводы ржаной соломы (Secale cereale) находятся в таком же стехиометрическом соотношении между собой, как и в древесине.

Нужно думать, что и лигнин в противоположность мнению многих химиков также находится в химической связи с остальными углеводами. Если по внешнему виду дерево, солома злаков или других однолетних растений несравнимы между собой, то древесина их растительной ткани чрезвычайно близки между собой как по химическому составу, так и по анатомии, строению, в особенности по сравнению с лиственными породами.

Как та, так и другая состоят одинаково, наряду с большим количеством сосудов и паренхимных клеток, из длинных волокнистых клеток, способных по выделении их сплетаться, свойлачиваться между собой, образовывать сплошные, плотно сомкнутые листы. Это сходство как в химическом так и в механическом отношении делает их одинаково пригодными для удовлетворения различных нужд народного хозяйства.

Путем гидролитического и пирогенетического процессов из той или другой древесины можно получить: винный спирт, метиловый спирт, ацетон, фурфурол, органические кислотыты (уксусную, муравьиную, лимонную, молочную, янтарную, щавелевую), ксилозу, кормовые дрожжи, целлюлозу, целлюлозные эфиры, бумагу, картон, строительные доски, изоляционные плиты, активированный уголь и другие продукты.

Солома сельско-хозяйственных районов может вполне заменить древесину лесных районов не только для химической промышленности, но и для строительной (фанера, изоплиты и др.).

Дальнейшее углубленное изучение химического комплекса и химической связи между отдельными ингредиентами позволит более полно использовать ее и получать новыех продукты для народного хозяйства. Состав различных древесин по количеству содержащихся в них отдельных химических ингредиентов различен, и это разнообразие еще более увеличится, если уточнить состав содержащихся в них гемицеллюлоз (маннаны, фруктаны, галактаны, арабаны, ксиланы), но их элементарный состав поражает своим сходством. Колебания в содержании углерода и водорода находятся почти в пределах ошибок анализа.

Древесина хвойных и лиственных пород

Древесина хвойных и лиственных пород, самые разнообразные по своей анатомии структуре и по своим физическим, механическим и химическим свойствам, имеют один и тот же элементарный состав. Интересно, что тот же состав имеет и луговое сено, т. е. смесь очень разнообразных растений.

Это показывает, что первичное вещество, образующееся на месте формирования растительной ткани из полученных путем фотосинтеза и доставленных к месту постройки материалов, одно и то же и только путем дальнейших биохимических воздействий оно разлагается на различные химические комплексы, характерные для той или другой древесины.

Кроме основных элементов С, Н и О в ней находится в небольших количествах азот и минеральные вещества. Азот содержится в виде белковых веществ (омертвевшая протоплазма) в полости клеток и частично в клеточных стенках, вероятно в химических соединении с их основной тканью. В некоторых растений и частях этих растений (напр. в коре) находится повышенное содержание N благодаря присутствию в них алкалоидов. Содержание минеральных веществ невелико, оно колеблется в пределах 0,3—1,5%, но состав их крайне разнообразен, что зависит от влияния почвенных, климатических и других условий произрастания.

Но не одно только богатство почвы теми или другими солями обусловливает их содержание в произрастающей на данной почве: это доказывается уже тем, что в образующейся ткани содержание золы в 10— 15 раз превышает ее содержание в взрослой древесины, а также тем, что при недостатке в почве coли, необходимой для образования новой ткани, дерево развивает свою корневую систему в направлении наилучшего улавливания этой соли из протекающих грунтовых вод (сосна в ландах или на дюнных отложениях Волги).

Наличие в золе марганца (Мп203), доходящее до 8—12%, тогда как в почвах его содержание незначительно, или же большее содержание железа в молодых образующихся тканях несомненно указывает на значительную роль минеральных веществ для образования того или иного вида древесины.