• fa
• fa felépítése
• fafajok

A fatest elemi (kémiai) összetétele: szerves és szervetlen összetevői

A fa elemi összetétele alatt a fát felépítő kémiai elemek összességét értjük. Mivel a fa a fotoszintézis végterméke, szerves anyagainak elemi összetétele a fotoszintézis kiindulási anyagainak (víz és szén-dioxid) megfelelően alakuló.

A fa elemi összetétele:

• Szén (C) 50%.
• Oxigén (O) 43%.
• Hidrogén (H) 6%.

Ez az elemi összetétel fafajonként csak kismértékben különbözik. A maradék 1%-ot más elemek alkotják. Az egyik legfontosabb ezek közül a fehérjékben található nitrogén (N, 0,2%>), amely kiemelkedő fontosságú a növények fejlődése szempontjából. A nitrogén a gyökérzeten át felvett vízzel kerül a fába.

Az egyéb kémiai elemek a hamualkotók (szervetlen anyagok). Ilyenek a nemfémes elemek (foszfor, kén, klór, szilícium stb.), amelyek kis mennyiségük ellenére nélkülözhetetlenek a fa anyagcsere-folyamataiban. A fémes elemek (nyomelemek), a kálium, a nátrium, a kalcium, a magnézium stb., fontos szerepet játszanak a fa életfolyamataiban.

A fa vegyületei

A fát felépítő kémiai elemek szerves és szer­vetlen anyagokat alkotnak. A szerves anya­gok a fotoszintézis során képződő szőlőcu­korból alakulnak ki bonyolult vegyi folya­matok során. A szervetlen anyagok a felvett vízzel együtt, ásványi sók formájában kerül­nek a fába. A fatestet felépítő vegyületek többsége (több mint 99%-a) óriásmolekulájú szerves anyag. Két fő csoportjuk a sejtfalalkotók (vázanyagok) és a járulékos anyagok.

Ezek közül legnagyobb részarányban (több mint 87%o-ban) a sejtfalalkotó vázanyagok fordulnak elő, ilyen a cellulóz, a hemicellulózok és a lignin. A cellulóz és a hemicellulózok szénhidrátok (poliszacharidok), a lignin pedig bonyolult szerkezetű aromás vegyület. Mindhárom a citoplazma terméke.

Sejtfalalkotó szerves anyagok (vázanyagok)

A cellulóz óriásmolekulájú szénhidrát . A fatest legjelentősebb szerves vegyü­lete, a sejtfalak vázszerkezetét hozza létre. A fatestet 45-55%-ban alkotja. A cellulóz óriásmolekula a fotoszintézis során jön létre: a képződött szőlőcukor molekulák fonalszerűen egymáshoz kapcsolódnak, és hosszú, elágazás nélküli láncokat hoznak létre. A cel­lulózmolekulákat ezért fonalmolekuláknak is nevezzük.

A cellulózmolekulák kristályos szerkezetűek (szőlőcukor-molekulák szabá­lyos elrendeződése miatt). A cellulóz vízben és a legtöbb oldószerben nem oldódó szerves anyag. Sűrűsége átlag 1600 kg/m³, meghaladja a legkeményebb fafajok sűrűségét. A cellulóz fonalmolekuláknak magas a szakítószilárdsá­guk, de nem rugalmasak. A sejt­falban kötegelődnek, és micelláris-fibrilláris szerkezetet alkotnak, így képezik a sejtfal vázát.

Hemicellulózok

A sejtfalak vázvegyületei. 20-35%-ban alkotják a fatestet. Óriásmoleku­lájú szénhidrátok, de nem kristályos, hanem amorf szerkezetűek. Makromolekula láncaik elágazóak, és rövidebbek, mint a cellulózé. A sejtfalban a cellulózvázhoz kötődnek. Egy­részt a hosszirányban sorolt micellák közé épülnek be (elemi fibrillák létrehozása), más­részt a micellák felületén, az intermicelláris üregekben tapadnak meg. Az elemi fibrillák szerkezetébe beépülve növelik a cellulózkö­tegek rugalmasságát. A hemicellulózok cso­portjába tartozik a pektin is, a sejtek közötti ragasztóréteget alkotja a ligninnel együtt.

Lignin

A harmadik sejtfalalkotó szerves anyag. A cellulóz-hemicellulóz váz teljes kialakulása után épül be a sejtfa­lak interfibrilláris üregeibe. Ezt nevezzük lignifikációnak (elfásodásnak). 15-35%-ban alkotja a fatestet, a tűlevelűek szerkezetében nagyobb mennyiségben található.

A lignin bonyolult szerkezetű aromás vegyü­let. Felépítése nem kristályos, hanem amorf, térben hálózatos. Miután beépül a sejtfal üre­geibe, jelentősen megnő a sejtfalak sűrűsége, keménysége és szilárdsága. A másodlagos sejtfal rétegei nagyobb ligninmennyiséget tartalmaznak.

Járulékos szerves anyagok

A járulékos szerves anyagok megtalálhatók a sejtfalakban és a sejtüregekben. Kisebb molekulájúak, mint a sejtfalalkotó vázanyagok, és könnyen kioldhatok, mivel nem épül­nek be a sejtfalak cellulózvázába. Oldhatóságuk miatt extrakt anyagoknak is nevezik őket. Mennyiségük a fatestben 1 és 10% közötti, de egyes fafajok gesztjében magasabb is lehet.

Bár mennyiségük jóval kisebb, mint a vázanyagoké, mégis fontos szerepet töltenek be a faanyag tulajdonságainak szempontjából. A fatest kémhatása is a járulékos anyagoktól függ. A fánál ez enyhén savas, és fafajtól függően 3 és 6,5 között változik. A járulékos anya­gokat három csoportba soroljuk: gesztanyagok, gyanták és egyéb anyagok.

Gesztanyagok

A színes geszt képződésekor épülnek be az évgyűrű sejtfalaiba és sejtürege­ibe. A gesztanyagok olyan szerves anyagok, amelyek megváltoztatják a fa fizikai és mechanikai tulajdonságait. Tartósító hatásúak, növelik a fa, gomba- és rovarállóságát, ugyanakkor a színét is megváltoztatják. Ilyen gesztanyag a csersav, amely nagy mennyi­ségben elsősorban a tölgyek, a szelídgesztenye, a vörösfenyő és az akác gesztjében fordul elő. A kéreg is tartalmaz csersavat, rendszerint ebből nyerik a bőrök cserzéséhez használt cserzőanyagokat. A festőanyagok szintén gesztanyagok, a csersavval együtt meghatározzák a geszt színét.

Gyanták

Elsősorban a fenyők szerkezetében találhatóak, de elenyésző mennyiségben előfor­dulnak egyes lombos fákban is. A fenyőgyanta fontos vegyipari nyersanyag, víz-gőz-desztillációjával készül a terpentinolaj és a kolofónium. A gyanták növelik a fa tartós­ságát, és csökkentik higroszkóposságát, ugyanakkor nehezítik megmunkálását, felületkeze­lését, ragasztását, telítését. Gyantaszerű váladékanyag a kaucsuk, amely a gumifa terméke.

Egyéb járulékos anyagok

Ide tartoznak a különböző cukrok, zsírok, olajok, viaszok, alkaloidák stb. Cukor például a keményítő és a fagumi, amelyek a fatest szabad szénhidrát­jai. A keményítő legnagyobb mennyiségben a bélsugarakban raktározódik el. Ez jelentősen csökkenti a fa tartósságát, mivel a farontó szervezetek táplálékául szolgál. A zsírok, olajok, viaszok leginkább a szijácsban találhatók, és szintén csökkentik a tartósságot. Az alkaloidák bonyolult aromás vegyületek, a fatestben kis mennyiségben fordulnak elő. Ilyen például a kinin, a szaponin, a taxin.

A fa szervetlen anyagai

A fatest szervetlen anyagai az ásványi anyagok (sók), amelyek a felvett vízzel kerülnek a fába. Az ásványi anyagokat hamualkotóknak is nevezzük, mivel a fa elégetésekor visszamaradnak a hamuban oxidok formájában. Az ásványi sók kétféleképpen találhatók meg a fatestben: oldat formájában a sejtüregekben (a protoplazma sejtnedveiben), illetve kristá­lyok formájában a sejtüregekben és a sejtfalakban.

Mennyiségük a fatestben kevesebb, mint 1%> (bár a trópusi fafajokban nagyobb is lehet), ennek ellenére fontos szerepet töltenek be a fa életműködéseiben. Az ásványi anyagok befolyásolják a fa tulajdonságait, például a kris­tályok növelhetik a tartósságot, illetve nehezíthetik a megmunkálást (ilyen az akác geszt­jének szerszáméi koptató hatása). A fa elégetésekor keletkező hamu felhasználható a talaj ásványi anyagainak pótlására.