Tęsknicie za wakacjami, prawda? Ja również, ale musimy zaczekać jeszcze kilka miesięcy na ten beztroski czas. Podczas mojego pobytu u rodziców w czerwcu 2021 roku miałem możliwość nie tylko wyćwiczenia bicepsów. W trakcie rąbania pniaków na możliwe do umieszczenia w piecu knówki, przypomniałem sobie o celulozie. Polisacharyd ten obok hemiceluloz i ligniny jest głównym składnikiem drewna, stanowiącym od 38% do 50% jego masy.

Biopolimer jakim jest celuloza zbudowany jest z długich, nierozgałęzionych łańcuchów złożonych z reszt glukozy połączonych wiązaniami β-1,4-glikozydowymi. Fragment składającego się z 3000 do 14000 reszt glukozowych łańcucha celulozowego przedstawia poniższy rysunek:

Swą wytrzymałość mechaniczną drewno zawdzięcza między innymi układowi łańcuchów celulozowych, który możliwy jest do uzyskania dzięki utworzonym wiązaniom β-glikozydowym. Łańcuchy te układają się wówczas w taki sposób, że tworzy się układ sztywnych, ściśle przylegających do siebie długich nitek. Niewielkie odległości między nimi pozwalają na utworzenie przypominających sieć struktur, które stabilizowane są przez wiązania wodorowe (schematycznie przedstawione czerwonymi liniami przerywanymi). Dla zwiększenia czytelności rysunku, atomy wodoru połączone z atomami węgla pierścieni piranozowych nie zostały narysowane:

Oprócz wspomnianej substancji drewno budują również różne odmiany hemicelulozy, stanowiące od 23% do 32% masy. Jest to substancja zawierająca łańcuchy rozgałęzione, złożone z reszt β-glukozy oraz innych monosacharydów zdolnych do utworzenia wiązań β-glikozydowych. Trzecim istotnym z punktu widzenia budowy drewna składnikiem jest lignina, której zawartość stanowi od 15% do 25% jego masy. Jest to występujący w postaci usieciowanej o stosunkowo skomplikowanej budowie cząsteczek polimer złożony z reszt fenoli oraz alkoholi zawierających pierścienie benzenowe. Więcej o jego budowie przeczytasz tutaj.

Wspomniane trzy główne składniki budujące drewno tworzą sieć wzajemnie przenikających się struktur stabilizowanych (a jakże) – między innymi wiązaniami wodorowymi. To właśnie dzięki tego rodzaju przeważającej liczbie oddziaływań międzycząsteczkowych drewno jest sprawdzającym się w świecie roślin materiałem budulcowym. Żeby jednak uświadomić sobie jak bardzo jest ono wytrzymałe mechanicznie, pozwoliłem sobie na ukazanie tego wykonując kilka fotografii. Na pierwszej z nich widzimy ważący około 6,5 kg pniaczek. Zwróć szczególną uwagę na wystający z niego kilkunastocentymetrowy fragment, „zamocowany” jedynie na długości niespełna 2 centymetrów:

A teraz najciekawszy moment. Jako, że jestem inżynierem, postanowiłem przeprowadzić pewien eksperyment wytrzymałościowy – chwyciłem dłonią wystający fragment drewna i w kilku seriach trzymałem przez kilkadziesiąt sekund, co możecie zobaczyć na poniższych fotografiach:

Ktoś z Was pomyślał zapewne o spektakularnym upadku oderwanego kawałka drewna. Nic z tych rzeczy – widoczny pniaczek pozostał niewzruszony i oparł się dopiero kilku solidnym uderzeniom widocznego na powyższej fotografii toporka… Pozwala to nam wyobrazić sobie siłę, z jaką połączone są ze sobą wspomniane na początku artykułu związki chemiczne budujące drewno.

Spodobał Ci się ten artykuł? Polub mój fanpage na Facebooku oraz na Instagramie, aby nie ominęły Cię żadne nowości.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone