Древесина состоит из органических веществ, в состав которых входят углерод С, водород Н, кислород О и немного азота. Элементарный химический состав древесины разных пород практически одинаков. В среднем абсолютно сухая древесина независимо от породы содержит 49,5% углерода, 44,2% кислорода (с азотом) и 6,3% водорода. Азота в древесине содержится около 0,12%. Элементарный химический состав древесины ствола и ветвей мало различается. Условия произрастания также практически не отражаются на содержании основных элементов.
Кроме органических веществ, в древесине есть минеральные соединения, дающие при сгорании золу, количество которой колеблется в пределах 0,2—1,7%; однако у отдельных пород (саксаула, ядра фисташки) количество золы достигает 3—3,5%. У одной и той же породы количество золы зависит от части дерева, положения в стволе, возраста и условий произрастания. Больше золы дают кора и листья; так, стволовая древесина дуба дает 0,35%, листья — 3,5% и кора — 7,2% золы. Древесина ветвей содержит золы больше, чем древесина ствола; например, ветви березы и ели дают при сгорании 0,64 и 0,32% золы, а стволовая древесина — 0,16 и 0,17% золы. Древесина верхней части ствола дает золы больше, чем нижняя; это указывает на большое содержание золы в древесине молодого возраста; так, древесина бука в возрасте 10, 20 и 50 лет давала при сгорании 0,56; 0,46 и 0,36% золы.
В состав золы входят главным образом соли щелочноземельных металлов. В золе из древесины сосны, ели и березы содержится свыше 40% солей кальция, свыше 20% солей калия и натрия и до 10% солей магния. Часть золы (10—25%) растворима в воде (главным образом, щелочи — поташ и сода). В прежнее время поташ К2СО3, употребляемый в производстве хрусталя, жидкого мыла и других веществ, добывали из древесной золы. Зола от коры содержит больше солей кальция (до 50% у ели), но меньше солей калия, натрия и магния. Входящие в состав древесины и названные выше 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. Содержание основных органических веществ в древесине в некоторой мере зависит от породы. Это видно из табл. 7.
Таблица 7. Содержание органических веществ в древесине разных пород.
Органические вещества | Содержание органических веществ, % от массы абсолютно сухой древесины | |||||
сосны | ели | пихты | бука | березы | осины | |
Растворимые в эфире..... | 4,91 | 1,87 | 0,87 | 0,45 | 1,50 | 1,51 |
Растворимые в горячей воде | 2,98 | 3,19 | 1,40 | 3,41 | 2,30 | 2,96 |
Целлюлоза, свободная от пентозанов | 56,50 | 55,17 | 48,40 | 47,75 | 47,20 | 47,80 |
Лигнин | 27,05 | 27,00 | 29,89 | 27,72 | 19,10 | 21,67 |
Пентозаны | 10,45 | 11,24 | 5,30 | 23,40 | 28,70 | 23,52 |
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.
Химический состав ранней и поздней древесины в годичных слоях, т. е. содержание целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз, практически одинаков; ранняя древесина содержит лишь больше веществ, растворимых в воде и эфире; это особенно характерно для лиственницы. По высоте ствола химический состав древесины меняется мало; так, в составе древесины дуба по высоте ствола не обнаружено практически ощутимых различий. У сосны, ели и осины в возрасте спелости обнаружено незначительное увеличение содержания целлюлозы и понижение содержания лигнина и пентозанов в средней по высоте части ствола. В древесине ветвей сосны, ели и осины содержится меньше целлюлозы (44—48% вместо 52—59%), но больше лигнина и пентозанов. Однако у дуба не обнаружено заметных различий в химическом составе древесины ствола и крупных ветвей; лишь в мелких ветвях найдено меньше дубильных веществ (8% в стволе и 2% в ветвях). Различие в химическом составе древесины заболони и ядра летнего дуба видно из данных табл. 8.
Таблица 8. Различие в химическом составе древесины заболони и ядра
Часть древесины | Состав, % от массы в абсолютно сухом состоянии | ||||
целлюлозы, свободной от пентозанов | лигнина | пентозанов | дубильных веществ | золы | |
Заболонь | 31,52 | 22,35 | 19,47 | 3,9 | 0,58 |
Ядро | 32,91 | 21,07 | 24,42 | 10,1 | 0,20 |
Как видим из таблицы, заметное различие обнаружилось только в содержании пентозанов и дубильных веществ: в древесине ядра их больше (а золы меньше). Химический состав оболочек клеток камбия, вновь образовавшейся древесины и заболони, сильно различается: в элементах древесины резко возрастает содержание целлюлозы и лигнина (у ясеня с 20,2 до 4,6% в камбии, до 58,3 и 20,9% в заболони), но также резко снижается содержание пектинов и протеинов (с 21,6 и 29,4% в камбии и до 1,58 и 1,37% в заболони). Влияние условий произрастания на химический состав древесины изучено мало.
Содержание целлюлозы в древесине сосны убывает по мере ухудшения почвенных условий: в древостоях I бонитета — 58%; III бонитета — 56,8%; IV бонитета — 52,9% и V бонитета— 51,5%; аналогичное явление обнаружено и для древесины ели: в древостоях III бонитета — 52,1 % и IV бонитета 48,5%. Химический состав коры заметно отличается от химического состава древесины. Элементарный состав коры лжетсуги (%) характеризуется следующими данными: корка — углерода 54,7; водорода 6,4 и кислорода 38,8; луб — соответственно 53,3; 5,7 и 40,8. По сравнению с древесиной кора содержит больше золы, экстрактивных веществ и лигнина, но значительно меньше целлюлозы (почти в 3 раза) и пентозанов, причем резкого различия по содержанию пентозанов в коре хвойных пород (сосне, ели) и лиственных (березе, осине) не наблюдается. Химический состав коры некоторых пород приведен в табл. 9.
Таблица 9. Химический состав коры различных пород.
Порода | Часть коры | Состав, % от массы абсолютно сухой коры | ||||
растворимых в воде | целлюлозы без пентозанов | лигнина | пентозанов + гексозанов | суберина | ||
Сосна | Луб | 20,84 | 18,22 | 17,12 | 12,14 + 16,30 | 0,00 |
Корка | 14,20 | 16,43 | 43,63 | 6,76+6,00 | 2,85 | |
Ель | Луб | 33,08 | 23,20 | 15,57 | 9,65+9,30 | 0,00 |
Корка | 27,91 | 14,30 | 27,44 | 7,10+7,70 | 2,82 | |
Береза | Луб | 21,40 | 17,40 | 24,70 | 15,20+5,10 | 0,00 |
Осина | Луб | 31,32 | 8,31 | 27,70 | 11,80+7,00 | 0,91 |