Строение и свойства древесины (дуба)

На рисунке показана объемная схема древесины типичной кольцесосудистой породы -дуба.

Схема микроскопического строения древесины дуба: 1 - годичный слой; 2 - сосуды; 3 - крупный сосуд ранней зоны; 4 - узкий сосуд поздней зоны; 5 широкий сердцевинный луч; 6 - узкий сердцевинный луч; 7 – либриформ

Форма члеников сосудов может быть различной — от веретенообразной в мелких сосудах до цилиндрической или бочкообразной в крупных сосудах; длина их в ранней древесине кольцесосудистых лиственных пород (крупные сосуды) от 0,23 до 0,39 мм, а в поздней древесине (мелкие сосуды) от 0,27 до 0,58 мм.

Детали строения сосудов: а — членик сосуда с лестничной перфорацией; б — два членика сосуда с простой перфорацией; в — спиральный сосуд; г — типы окаймленных пор на стенках сосудов; д — сосуд с тиллами; 1 — округлые поры (береза); 2— ромбовидные поры (клен); 3— многогранные поры (вяз); 4 — стенка сосуда; 5 — тиллы.

Между собой сосуды сообщаются через окаймленные поры, а с примыкающими паренхимными клетками — через полуокаймленные поры. Благодаря концевым и промежуточным контактам сосудов создается единая пространственно разветвленная водопроводящая система. Из этой системы выключаются сосуды, в которые через

окаймленные поры вдаются выросты горизонтально расположенных паренхимных клеток — тиллы. Эти мешковидные образования с одревесневшими оболочками обычно закупоривают сосуды в процессе формирования ядра.

Трахеиды у лиственных пород могут быть двух типов: сосудистые и волокнистые.

Сосудистые трахеиды — водопроводящие элементы, длина около 0,5 мм; по своей форме, размерам, а также по расположению пор они сходны с члениками мелких сосудов; стенки их снабжены спиральными утолщениями. Сосудистую трахеиду можно рассматривать как промежуточный элемент между типичной трахеидой и члеником сосуда.

Волокнистая трахеида - переходный элемент от трахеиды к волокну либриформа; она имеет форму длинного волокна с заостренными концами, толстую оболочку и малую полость; поры на стенках мелкие с отверстием щелевидной формы. От волокон либриформа волокнистые трахеиды отличаются несколько меньшей толщиной стенок и наличием ясно окаймленных пор, в то время как у волокон либриформа поры простые.

В древесине дуба есть трахеиды обоих типов.

Либриформ — главная составная часть древесины лиственных пород. Волокна либриформа представляют собой прозенхимные клетки веретенообразной формы с толстыми одревесневшими стенками, малой полостью и минимальным количеством простых пор на стенках; сбоку поры видны, как узкие щели, расположенные по спирали (косые щелевидные поры). В большинстве случаев заостренные концы волокон либриформа гладкие, но у некоторых пород они расщеплены или имеют зазубрины (у бука, эвкалипта), в результате чего достигается более плотное соединение волокон между собой. Длина волокон либриформа колеблется от 0,3 до 2 мм, а толщина — от 0,02 до 0,05 мм.

Вполне сформировавшиеся волокна либриформа лишены живого содержимого, и полости их заполнены воздухом. У дуба стенки волокон либриформа сильно утолщены.

По радиусу ствола размеры волокон либриформа и толщина их стенок увеличиваются в направлении от сердцевины к коре, достигают максимума, после чего остаются неизменными или несколько уменьшаются. По высоте ствола длина волокон либриформа и толщина их стенок убывают в направлении от комля к вершине

Элементы древесины лиственных пород: а — сосудистая трахеида; б — волокнистая трахеида; в - волокно либриформа; г — волокно перегородчатого либриформа; д — тяж древесной паренхимы; е — веретенообразная клетка древесной паренхимы; ж — клетки сердцевинных лучей.

От количества либриформа и размеров отдельных волокон, главным образом от толщины их стенок, зависят плотность и прочность древесины лиственных пород.

Размеры волокон либриформа зависят от условий произрастания: с улучшением этих условий увеличивается длина волокон и толщина их оболочек.

.

Паренхимные клетки. Паренхимные клетки занимают от 8 до 40 % объема древесины ствола.

Распределение древесной паренхимы в годичном слое зависит от породы и имеет большое диагностическое значение.

Они образуют единую систему из горизонтально ориентированных клеток (сердцевинные лучи) и вертикально ориентированных клеток (осевая древесинная паренхима).

По ширине сердцевинные лучи лиственных пород имеют от одного до нескольких десятков рядов клеток (широкие лучи дуба), а по высоте — от нескольких рядов до нескольких десятков или даже сотен рядов клеток (дуб).

На тангенциальном разрезе однорядные (по ширине) сердцевинные лучи имеют вид вертикальной цепочки клеток, а многорядные — форму веретена. У отдельных пород клетки верхнего и нижнего ряда (краевые) вытянуты не вдоль, а поперек луча и называются стоячими, такие лучи носят название разнородных.

Древесинная паренхима хотя и занимает значительно меньший объем, чем сердцевинные лучи, но у некоторых пород на ее долю приходится несколько процентов от общего объема древесины.

Чаще встречаются так называемые тяжи древесинной паренхимы, представляющие собой вертикальные ряды клеток с простыми порами. Полости клеток тяжа заполнены

содержимым. Веретеновидные паренхимные клетки обычно лишены содержимого, поэтому их труднее обнаружить среди тонкостенных волокон либриформа и крупнополостных трахеид.

На поперечном разрезе расположение древесной паренхимы различно. У дуба оно не связано с расположением сосудов, у других пород (у ясеня) паренхима группируется вблизи сосудов.

              Различают следующие основные типы распределения древесной паренхимы:

-рассеянная (диффузная) паренхима, когда клетки ее распределены по годичному слою более или менее равномерно (береза, бук и др.);

-приграничная (терминальная) паренхима, когда годичный слой оканчивается одним или несколькими рядами древесной паренхимы (ива, клены и др.);

-тангенциальная (метатрахеальная) паренхима, когда клетки ее образуют тангенциальные ряды в поздней зоне годичных слоев (дуб);

-околососудистая (вазицентрическая) паренхима, когда клетки ее группируются около сосудов.

Содержание различных элементов в древесине дуба.

3. Химические свойства древесины

Древесина состоит преимущественно из органических веществ(99 % общей массы), в состав которых входят углерод (С), водород (Н), кислород (О) и немного азота (К).

Элементный химический состав древесины разных пород практически одинаков.

Абсолютно сухая древесина в среднем содержит 49...50 % углерода, 43...44% кислорода, 6 % водорода и всего лишь 0,1 ...0,3 % азота. Условия произрастания также практически не отражаются на содержании основных элементов.

Элементный химический состав древесины ствола и ветвей различается мало.

При сжигании древесины остается ее неорганическая часть – зола.              

В состав золы входят натрий, магний; в меньших количествах фосфор, сера и другие элементы. Большая часть (75... 90 %) образованных ими минеральных веществ нерастворима в воде. Среди растворимых веществ преобладают карбонаты калия и натрия, а среди нерастворимых — соли кальция.

Больше золы дает кора. Так, стволовая древесина дуба образовала при сгорании 0,35 % золы, а кора — 7,2 %. Древесина ветвей образует больше золы, чем древесина ствола: ветви березы дают при сгорании 0,64 % золы, а стволовая древесина — 0,16 %. Древесина верхней части ствола дает больше золы, чем нижняя.

Входящие в состав древесины основные химические элементы (С, Н и О) образуют сложные органические вещества.

Главнейшие из них образуют клеточную оболочку (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы — пентозаны и гексозаны) и составляют 90—95% массы абсолютно сухой древесины. Остальные вещества называются экстрактивными, т. е. извлекаемыми различными растворителями без заметного изменения состава древесины; из них наибольшее значение имеют дубильные вещества и смолы.

Схема химического состава древесины

Содержание указанных веществ зависит от породы.

              Целлюлоза — линейный полимер, полисахарид с длинной гибкой цепной молекулой. Формула целлюлозы (С6Н10О5)n, где n степень полимеризации, составляющая 5000... 10000. Это очень стойкое вещество, не растворимое в воде и обычных органических растворителях (спирте, эфире и др.), белого цвета, плотностью 1,54...1,58 г/см3.

Гемицеллюлозы — группа полисахаридов, в которую входят пентозаны (С5Н8О4)n, содержащие пять атомов углерода в элементарном звене, и гексозаны (С6Н10О5)n, имеющие, как и целлюлоза, шесть атомов углерода в звене. Однако у всех гемицеллюлоз степень полимеризации гораздо меньше (60... 200), что свидетельствует о более коротких, чем у целлюлозы, цепочках молекул.

Лигнин — аморфный полимер ароматической природы (полифенол) сложного строения; содержит больше углерода и меньше кислорода, чем целлюлоза. Лигнин химически менее стоек, легко окисляется, взаимодействует с хлором, растворяется при нагревании в щелочах, водных растворах сернистой кислоты и ее кислых солей. Цвет лигнина (от светло-желтого до темно-коричневого) зависит от способа его выделения из древесины; плотность 1,25... 1,45 г/см3.

Кроме основных органических веществ в древесине содержится сравнительно небольшое количество экстрактивных веществ (таннинов, смол, камедей, пектинов, жиров и др.), растворимых в воде, спирте или эфире

Химический состав древесины дуба, %