Qu mica da madeira

1. Qu�mica da madeira Disciplina de Qu�mica Industrial Curso de Engenharia de Produ��o - UFES

2. An�lise qu�mica A madeira � constitu�da, aproximadamente, de 50% de carbono, 6% de hidrog�nio, 44% de oxig�nio e 1% de nitrog�nio. Esta composi��o mant�m-se mais ou menos constante independente da esp�cie, diferen�as gen�ticas ou idade. Al�m destes elementos encontram-se pequenas quantidades de C�lcio(Ca), Pot�ssio (K), Magn�sio (Mg) e outros, constituindo as subst�ncias minerais existentes na madeira. A umidade pode variar. Para a lenha verde atinge (40 a 50)%.A lenha seca ao ar pode reduzir sua umidade at� a 20%. A aus�ncia total do enxofre � uma das vantagens deste combust�vel que queima com chama longa, exigindo uma grande c�mara de combust�o. O poder calor�fico superior est� entre 4700 e 5000 kcal/kg.

3. An�lise qu�mica Quimicamente a madeira � heterog�nea consistindo principalmente de tr�s pol�meros: celulose, hemicelulose e lignina numa propor��o de aproximada de 50:20:30. Os demais componentes da madeira presentes em menor quantidade, s�o compostos de baixo peso molecular chamados extrativos, encontrados notadamente na casca e englobando terpenos, �leos, graxas e corantes. A quantidade de cada componente, especialmente a lignina e hemicelulose, varia entre as madeiras folhosas e con�feras. Outros fatores, tais como esp�cie e idade, tamb�m podem influenciar a composi��o qu�mica.

4. An�lise qu�mica

5. Celulose A celulose � o polissacar�deo mais abundante na natureza. Sua cadeia se constitui de unidades de �D-glicose, resultando num pol�mero de alto peso molecular (300000 - 500000). A �D-glicose � um a��car simples - C6H12O6). As cadeias de celulose nas paredes celulares das plantas s�o arranjadas compactamente, de modo que suas fibras apresentam regi�es nitidamente cristalinas.

6. Celulose

7. Glicose � mon�meros da celulose

8. Glicose � mon�meros da celulose Lembretes: A designa��o D refere-se a posi��o do grupo -OH � direita do �tomo C assim�trico mais distante do grupo alde�do (Dextrogiro). Quando acontece o contr�rio, isto �, o grupo OH encontra-se � esquerda do carbono 5, designa-se como L (Levogiro). A forma molecular � refere-se a posi��o do grupo -OH no carbono 1. Quando o grupo est� no lado oposto da cadeia do anel hemiacetal (C1 - O - C5), o a��car � chamado �, e quando do mesmo lado, alpha a.

9. Celulose O pol�mero celulose �puro� pode ser hidrolisado � D-glucose, podendo ser considerado como um pol�mero de anidroglucose, significando o prefixo anidro, que a �gua � perdida da unidade de glucose durante sua condensa��o em celulose.

10. Como deve ser a polimeriza��o?

11. Mol�cula da �gua

12. Celulose As liga��es da celulose s�o do tipo 1,4 -� glucos�dicas. A liga��o beta resulta numa rota��o de 180 graus do plano de unidades alternadas de glucose resultando numa cadeia molecular balanceada que torna poss�vel um mol�clua de cadeia linear capaz de se orientar em estruturas fibrosas e cristalinas de alta resist�ncia � tens�o. A celulose possui uma extremidade redutora no carbono 1, e outra n�o redutora no carbono 4, e reconhece-se que no seu estado natural e n�o degradado a celulose s� cont�m monomeros D-glucose.

13. Celulose

14. Estrutura da celulose A massa molecular varia muito (de 50.000 a 2.500.000) dependendo da origem da amostra. A fibra de celulose consiste em uma mistura de mol�culas de celulose de tamanhos diferentes. Portanto, quando se fala de grau de polimeriza��o ou massa molecular para uma certa amostra, refere-se ao valor m�dio. O grau de polimeriza��o da celulose varia de 1.000 a 15.000 (massa molecular de 162.000 a 2.430.000).

15. Estrutura da celulose Mol�culas de celulose s�o completamente lineares e tem forte tend�ncia para formar pontes de hidrog�nio inter e intramoleculares. Feixes de mol�culas de celulose se agregam na forma de microfibrilas nas quais regi�es altamente ordenadas (cristalinas se alternam com regi�es menos ordenadas (amorfas). As microfibrilas constroem fibrilas e estas constroem as fibras celul�sicas. Como consequ�ncia dessa estrutura fibrosa a celulose possui alta resist�ncia � tra��o e � insol�vel na maioria dos solventes.

16. Estrutura da celulose Os grupos -OH s�o respons�veis pelo comportamento f�sico e qu�mico da celulose, sendo capazes de formar dois tipos de pontes de hidrog�nio, em fun��o do seu posicionamento na unidade glucos�dica. Existem pontes de hidrog�nio entre grupos -OH de unidades glicos�dicas adjacentes da mesma mol�cula de celulose, que s�o liga��es INTRAMOLECULARES, respons�veis por uma certa rigidez das cadeias unit�rias. Tamb�m ocorrem liga��es entre grupos -OH de mol�culas adjacentes de celulose, constituindo as chamadas liga��es INTERMOLECULARES, respons�veis pela forma��o das estruturas supra-moleculares.

17. Estrutura da celulose Os feixes de cadeias moleculares s�o unidas por pontes de hidrog�nio intermoleculares dando origem �s fibrilas.

18. Estrutura da celulose

19. Polioses (hemiceluloses) O termo polioses refere-se a uma mistura de pol�meros polissacar�deos de baixa massa molecular, os quais est�o intimamente associados com a celulose. Enquanto a celulose, como subst�ncia qu�mica, cont�m exclusivamente a D-glucose como unidade fundamental, as polioses s�o pol�meros, em cuja composi��o podem aparecer, condensados em propor��es variadas, as seguintes unidades de a��car: xilose, manose, glucose, arabinose, galactose, �cido galactour�nico, �cido glucour�nico e �cido metilglucour�nico.

20. Polioses

21. Polioses O termo polioses n�o designa um composto qu�mico definido, mas sim uma classe de componentes polim�ricos presentes em vegetais fibrosos, possuindo cada componente propriedades peculiares. O teor e a propor��o dos diferentes componentes encontrados nas polioses de madeira variam grandemente com a esp�cie e, provavelmente, tamb�m de �rvore para �rvore.

22. Polioses

23. Celulose e polioses

24. Lignina A lignina, outro componente da madeira, � um pol�mero amorfo e heterog�neo, que envolve os polissacar�deos da madeira. Caracteriza-se pelo elevado n�mero de grupos -CH3 e de grupos -OH. Sua estrutura qu�mica difere conforme seja origin�ria de madeira folhosa ou de con�feras.

25. Lignina A lignina � o terceiro componente fundamental em import�ncia da madeira, ocorrendo entre 15 e 35% de seu peso. Constitui a fra��o n�o-carboidrato da madeira livre de extrativos, extremamente complexas e dif�ceis de caracterizar. A lignina � basicamente um pol�mero arom�tico constitu�do de um sistema heterog�neo e ramificado sem nenhuma unidade repetidora definida. O sistema � totalmente amorfo e ligado quimicamente �s polioses.

26. Lignina Al�m deproteger os elementos vasculares, a lignina funciona como um elemento de suporte para toda a arvore. A lignina � um componente estrutural que d� a madeira propriedades de elasticidade e resist�ncia �nicas. A lignifica��o ocorre como conseq��ncia do desenvolvimento do sistema de condu��o de �gua e da necessidade da �rvore para suportar sua copa a muitos metros de altura. Esta necessidade � atingida pelo refor�o das fibras celul�sicas - de alta resist�ncia � tens�o com um material capaz de absorver for�as de compress�o, a lignina.

27. Lignina � simula��o da estrutura e poss�veis liga��es

28. Componentes acidentais Os componentes acidentais s�o subst�ncias consideradas como n�o integrantes da parte estrutural da parede celular. A maioria dos componentes acidentais, s�o facilmente sol�veis em solventes org�nicos neutros ou �gua. Esses s�o chamados extrativos. Alguns outros tais como prote�nas materiais inorg�nicos e �cidos e sais org�nicos s�o parcialmente insol�veis nos solventes usados para remover os extrativos. Pode-se portanto dividir os componentes acidentais da madeira em duas classes: extrativos e materiais normalmente n�o extra�veis nos agentes mencionados.

29. Componentes acidentais Os extrativos s�o frequentemente respons�veis por determinadas caracter�sticas da madeira como: cor, cheiro, resist�ncia natural ao apodrecimento, gosto e propriedades abrasivas. Sua composi��o e quantidade relativa dependem de diversos fatores, como esp�cie, idade e regi�o de proced�ncia, etc.

30. Componentes acidentais

31. Produtos qu�micos da madeira Figura 32.4

32. Outros componentes Em adi��o a estes componentes: celulose, hemicelulose e lignina; a madeira ainda cont�m quantidades vari�veis de subst�ncias de baixo peso molecular: os extrativos, que incluem uma grande gama de compostos org�nicos, sendo os principais o terpeno, os �cidos graxos, os compostos arom�ticos e os �leos vegetais.