Mинерально ресурси поступово виснажуються, і людство скоро буде змушене знову звернутися до використання поновлюваних ресурсів: рослин, тварин, мікроорганізмів.

Тому не варто забувати, що саме людина застосовував рослинні продукти: з часом історія може перетворитися в спогад про майбутнє. Речовини, про які піде мова в статті, в недалекому минулому відігравали важливу роль в житті людини, але зараз, завдяки успіхам сучасної хімії і технології, втратили колишнє значення. Не варто забувати про ці цінні дарах природи, які вона до пори до часу зберігає в своїх коморах.

Живиця та смола

Багато, звичайно, спостерігали, як з тріщин або ран на сосні тече густа бурштинового кольору рідина - живиця. Через деякий час крапельки живиці стають твердими, і їх уже називають соснової смолою. Що ж відбувається? Чому живиця твердне? Спробуємо відповісти на ці питання.

Почнемо зі смоли. Рослинні смоли - це складні суміші різних індивідуальних речовин, ще недостатньо вивчені. Компоненти смол нелетючі і тому не пахнуть. І все ж, незважаючи на різноманітність хімічного складу, у смол є загальні характерні властивості, які і дозволили виділити їх в особливу групу природних продуктів. Смоли є тверді аморфні, тобто не мають кристалічної структури, речовини. У зв'язку з цим у них немає однієї, обмеженою вузьким інтервалом, температури плавлення. Плавлення смол починається при більш низькій температурі, а закінчується при більш високій - різниця іноді становить кілька десятків градусів. Смоли нерозчинні в воді, але розчиняються або набухають в органічних розчинниках. На поверхні твердих тіл, змочених розчином смоли, після випаровування розчинника залишається блискуча плівка. Є у смол ще одна цікава властивість. Їх молекули пов'язані між собою не хімічними зв'язками, а міжмолекулярними силами зчеплення, які легко порушуються при нагріванні або розчиненні. При цьому на поверхні розчинів або розплавів з'являються вільні, не пов'язані між собою молекули смоляних компонентів з великим запасом вільної енергії. За рахунок цієї енергії вони можуть захоплювати і утримувати молекули інших речовин, які наближаються до поверхні розчину або розплаву. Ось чому розчини або розплави смол липкі.

А тепер згадайте живицю: вона теж дуже липка, поки свіжа, але варто їй застигнути і перетворитися в смолу, як це властивість в значній мірі втрачається. Значить, живиця - це розчин соснової смоли? Саме так. Смоли прекрасно розчиняються в ефірних оліях, і ці розчини прийнято називати бальзамами. У такій формі смоли і містяться в рослинах. Згодом ефірна олія випаровується, живиця твердне, перетворюється в смолу і стає дуже липкою, хоча невелика кількість ефірної олії в ній все ж залишається.

До складу смол входять смоляні кислоти, смоляні спирти, їх ефіри і речовини ще не з'ясованою природи, відомі під назвою резени. У смоляних кислот і спиртів склад складний, і будова встановлена поки не для всіх. Прикладом може служити абієтинова кислота C20P30O24, формулу (1) якої встановив відомий чеський хімік Ружичка в 1941 році.

Звертає на себе увагу те, що в молекулі абієтиновой кислоти є пов'язані подвійні зв'язку, характерні для багатьох інших смоляних кислот і спиртів. Тому смоли легко окислюються киснем повітря, а в окисленні стані стають надзвичайно стійкими до дії факторів зовнішнього середовища. Відома викопна смола бурштин лежала в землі не один десяток мільйонів років, однак збереглася майже в незмінному вигляді.

Дивовижне довголіття смол пояснюється також пригнічуючою дією на мікрофлору, яка, з одного боку, не може використовувати їх як харчовий субстрат, а з іншого - гине під впливом бактерицидних властивостей смоли. Ці властивості можуть зберігатися протягом тисячолітті, про що свідчить експеримент професора Ф.В.Хетагурової. Вона досліджувала бактерицидну дію шматочка просмоленної тканини, що пролежала в гробниці фараона близько трьох тисяч років, і знайшла, що смоляная просочення все ще пригнічує життєдіяльність бактерій.

Ми вже говорили про те, що смоли в рослинах містяться у вигляді бальзамів - розчинів в ефірномій олії. На повітрі воно випаровується, і рідкий бальзам перетворюється в тверду смолу. Однак при цьому випаровується не всі ефірні олії. Частина її залишається в смолі невизначено довгий час. Навіть в бурштині, що пролежав десятки мільйонів років в землі і став твердим, як камінь, міститься близько 6% ефірної олії. Повністю її можна видалити з бальзаму або смоли тільки перегонкою, тобто нагріванням до високої температури.

До всього сказаного можна додати, що смоли погано проводять електрику і служать хорошими ізоляторами. Але це інша тема.

Перемога над храмової хворобою

Ну а тепер, після короткого опису фізико-хімічних своиство смол і бальзамів, перейдемо до знайомства з окремими представниками цього класу рослинних речовин. В енциклопедичному словнику Брокгауза і Ефрона згадується 44 види смол і бальзамів, яким людина знаходила різне застосування. Це амоніак, ассафетіда, бделий, гальбан, гуммигута, даммара, каніфоль, копал, копайський бальзам, ладан, мастікс, мирра, перуанський бальзам та інші. Багато з них використовували в медицині, але лише деякі зберегли свої позиції в сучасному арсеналі лікарських засобів. Рослинні смоли мають антимікробну дію, однак нерозчинні в воді, що ускладнює їх застосування в медичній практиці. Тому, коли були отримані розчинні у воді протимікробні препарати (фенол, сульфаніламіди), а потім антибіотики, від використання смол і бальзамів відмовилися.

А тим часом саме за допомогою смол людина вперше навчився боротися з інфекційними хворобами. Сталося це в Стародавньому Єгипті, де були побудовані перші храми. Вони були ще невеликі за розмірами, люди, які брали участь в богослужінні, тіснилися і легко підхоплювали інфекційні захворювання. Учасники церемоній нерідко гинули. Хворобу назвали храмовою. Вона вселяла страх перед храмами і загрожувала важкими наслідками для релігії. Жерці успішно вирішили цю проблему. Вони з'ясували, що якщо храми наповнювати пахощами, гідним нюху богів, ті приходять в хороший настрій і перестають насилати на людей хвороби. Так жерці, самі того не відаючи, відкрили спосіб дезінфекції приміщень.

Облагороджували повітря храмів спалюванням ладану - смоли, яка виділяється з тріщин або надрізів кори низькорослого ладанного дерева (Boswellia carterii). За зовнішнім виглядом ця смола дуже схожа на соснову, але відрізняється від неї за складом. Виростають ладанові дерева в Східній Африці і Південно-Східної Аравії. Дерева зі смолою, що нагадує ладан, виростають також в Південній Америці - вони належать до тієї ж родини бурзерових, до якого відносяться і африканські ладанові дерева. При спалюванні ладану на вугіллі з нього випаровується ефірне масло. Наповнюючи повітря приміщень, воно вбиває мікроби і тим самим припиняє поширення інфекційних захворювань.

Смола хвойних дерев

І все-таки ладан не був першою смолою, яку люди пристосували для своїх потреб. Як показало вивчення археологічних знахідок, соснову смолу почали використовувати ще раніше. З її допомогою первісні люди зміцнювали кам'яні наконечники стріл і кам'яні зуби серпів на дерев'яних рукоятках. Згодом соснова смола стала грати велику роль в житті людей.

Ми вже знаємо, що сосна заливає свої рани і тріщини особливою в'язкою рідиною-живицею. Вона перешкоджає проникненню бактерій, які не проти покористуватися поживними речовинами дерева. Живиця виділяється не тільки на соснах, а й на стовбурах і гілках інших хвойних порід: ялини, модрини, ялиці. Спочатку рідка, живиця згодом застигає, перетворюється в смолу, довгий час зберігаючи напівтверду консистенцію. Це пояснюється тим, що в застиглій живиці залишається невелика кількість ефірної олії.

Живиця утворюється в зовнішніх шарах деревини, званих заболонню. Виробляють її клітини епітеліального шару, що вистилає смоляні ходи деревини. У різних країнах живицю отримують з різних видів сосни. Так, в Північною Америці використовують болотну сосну, у Франції, Італії та Іспанії - сосну приморську, в Австралії - сосну чорну, в Індії - сосну довгохвойну. У нас в країні живицю отримують з сосни звичайної Pinus silvestris L. У невеликих кількостях її добувають також з різних видів ялиці і з модрини. В епоху вітрильного флоту багато живиці добували з ялини - вона йшла на смоління канатів. За рік одна сосна може дати кілька кілограмів живиці. Найбільше її дає кримська сосна - близько 15 кілограмів.

Видобувають живицю шляхом підсочування живих дерев. За 4-5 років до їх рубки в нижній частині стовбура роблять косі канавки-карри, по яких живиця стікає в чашечки-приймачі, звідки її час від часу забирають. На гектар лесної плошади закладають в середньому 400 карр, що дають 150-300 кілограмів продукту в рік. Кількість і навіть якість живиці залежить від попередньої зими і місця зростання дерева. Знаменитий давньогрецький ботанік Теофраст писав з цього приводу наступне: «Якщо зима помірна - смоли буде багато, і хорошої, якщо зима сувора - смоли мало, і вона гірша. Найкращу смолу отримують з місць, залитих сонцем, смола з тінистих місць темна і гірка...»Сучасні фахівці цілком поділяють цю думку батька ботаніки.

Підсохлу на дереві смолу в Сибіру називають сірою і з незапам'ятних часів використовують як жуйку. Володіючи бактерицидними і клеючими властивостями, смола очищає зуби від залишків їжі і дезінфікує порожнину рота. Найбільш придатною для жування вважається запашна і в'язка модринова смола. Видатний вчений і мандрівник, академік П. С. Паллас, відвідавши Сибір близько двохсот років тому, писав з цього приводу: «Цю відмінним чином зсередини смолкового дерева витікаючу солодкувату камедь вогуличі і інші сибірські народи, що по лісах мешкають, жують майже безперестанку і в великих кількостях, як поживне і протицингове зілля ... Інші вогуличі запевняють, що вона втамовує спрагу, зміцнює зуби і чистить». Ця традиція не забута і нині. Сіркову жувальну з кедра, тобто кедрової сосни, продають в деяких крамницях оздоровчих товарів.

Живиця містить 30-35% ефірної олії (скипидару) і до 65% смоли (каніфолі). Давно минув той час, коли живицю використовували головним чином для смоління корабельних канатів. Вона, а точніше продукти її переробки, скипидар і каніфоль, стали грати важливу роль в промисловому виробництві, і в міру зростання індустріальної потужності країни стрімко ріс видобуток живиці. У цьому легко переконатися, подивившись на таблицю.

Таблиця

Виробництво живиці в Радянському Союзі

Рік Виробництво живиці, т
1926 413
1927 1728
1928 8310
1929 15270
1930 32838
1931 46811
1932 48831
1933 51124
1970 240000

 

 

Ще древні люди помітили, що при перегонці живиці можна отримати два продукти: нелетючу смолу і летючу складову - те, що ми називаємо скипидаром. Жвава торгівля соснової смолою, якої потребували стародавні кораблебудівники, велася в малоазіатському місті Колофані, в честь якого соснова смола була названа каніфоллю.

Каніфоль являє собою прозорі шматки від світло-жовтого до бурого кольору, іноді безбарвні. Вона не летюча, ефірної олії не містить і тому не пахне. У хімічному відношенні є сумішшю головним чином наступних кислот: абиєтинової, пімарової (формула 2), декстрінової і сапінової, близьких за складом і будовою. Як і всі смоли, каніфоль при нагріванні або в розчинах клейка, однак її клеючі властивості проявляють себе і при механічному терті будь-яких предметів об її поверхню. При припиненні тертя, що дуже важливо, ці властивості зникають. Така поведінка каніфолі уможливило винахід скрипки. Якщо смичок скрипки не натерти цією смолою, він не зможе отримувати від натягнутих струн ті чарівні звуки, за які її прозвали царицею музики. Каніфоль допомагає не лише скрипалям, вона забезпечує надійне зчеплення з підлогою пуантів балерини і взуття боксерів.

Наведеними прикладами далеко не обмежується застосування каніфолі. В даний час її використовують в 70 галузях промисловості. А на початку 30-х років каніфоль дала можливість вирішити одну дуже важливу проблему. До цього у всьому світі в якості лаків, стійких до впливу атмосферних умов, застосовували в основному копалові. Ними покривали кузова автомобілів, залізничних вагонів, їх використовували в суднобудуванні та інших галузях промисловості. Для виготовлення стійких лаків доводилося імпортувати велику кількість копала - викопної смоли, потреба в якій зростала в міру промислового розвитку країни. І ось в 1930 році вчені отримали штучний копал шляхом взаємодії каніфолі з фенолальдегідною смолою. Поява лаку на синтетичній смолі призвело до різкого зниження потреби в природному копалі.

Проблема копала - це тільки одна з ряду важливих проблем, вирішити яку вдалося за допомогою каніфолі. Ще одна виникла, коли почалося виробництво електроламп розжарювання. Для їх виготовлення був потрібний надійний і дешевий клей, придатний для міцного з'єднання скляного балона з металевим цоколем. Було запропоновано безліч складів, але всі вони виявилися малопридатними. Хороший клей отримали тільки після того, як в рецептуру ввели каніфоль.

З розширенням сфери застосування каніфолі потребу в цьому продукті швидко зростала. Нужда в ній особливо збільшилася з середини 40-х років минулого століття. Закінчилася Друга світова війна, багато галузей промисловості перейшли на розробку споживчих товарів, які випускали в красивій паперовій або картонній упаковці. Виготовлення упаковки стало важливою галуззю виробництва. При його організації довелося зіткнутися з труднощами, одна з яких полягала в підборі підходячих клеючих матеріалів. Вони повинні були не боятися гнилі та води і, що дуже важливо для масового виробництва, миттєво висихати. Жоден з відомих в той час клеїв, ні крохмаль, ні декстрин, ні клеї на альгіновій і пектиновій основі не задовольняли всім вимогам. Пошуки відповідного клею змусили вчених, як і в попередньому випадку, згадати про каніфоль. На її основі були отримані принципово нові клеї, що не містять розчинника, - клеї-розплави.

Не дивно, що виробництво каніфолі росло швидкими темпами. У 1972 році в СРСР було вироблено 127 950 т каніфолі, а в 1974-му - вже 163 414 т.

Викопні смоли

А тепер поговоримо про викопні смоли, які виникли не один мільйон років тому. Найвідоміша з них - бурштин. Він утворився з живиці, що виділялася на стовбурах сосни бурштиноноснї, предка сучасної сосни. П'ятдесят мільйонів років тому нині холодні берега Скандинавського півострова омивали води теплого моря. Абсолютно іншими були тут клімат і флора. На півострові панувала пишна субтропічна рослинність. Гігантські ялиці і сосни, дуби і буки, магнолії і кипариси, видів,що не дійшли до нас, складали ліс Скандинавії в ту далеку епоху. Часті бурі вивертали з землі лісових велетнів. Падаючи, вони ламали стовбури і гілки своїх сусідів, а на місці зламів витікала живиця, заливаючи рани. Судячи з ваги деяких шматків бурштину, що досягали 6-10 кілограмів, витікання живиці було вельми щедрими. Вона ставала пасткою для комах, які виявлялися заживо похованими і надійно забальзамованими.

Найбагатші родовища бурштину знаходяться в Прибалтиці, куди шматочки сонячного каменю перемістилися в ході геологічних катаклізмів. Незважаючи на те що видобуток бурштину, як вважають вчені, почалася п'ять або шість тисяч років тому, його запаси ще далекі від виснаження: вони оцінюються в п'ять мільйонів тонн. Видобувний в Прибалтиці бурштин, це округлі шматки різноманітної форми. Різноманітне і його забарвлення - від білого і світло-жовтого до темно-бурого і навіть червоного. У воді бурштин не розчиняється, але трохи розчиняється в спирті, жирних і ефірних оліях. При температурі близько 300°С бурштин починає плавитися. У його склад входять сукцінабієтинова кислота С80Н12О3 (26%), сукцінорезитол С12Н19ОН (65%), ефірна олія (5%), бурштинова кислота (3-8%) і деякі інші сполуки. Стаття про цілющі властивості бурштинової кислоти. Бурштин легко обробляється і полірується навіть зубним порошком. Відполірований, він своїм блиском нагадує дорогоцінні камені, а рідкісна серед мінералів золотисте забарвлення додає йому особливу, сонячну теплоту.

Лаки

З давніх-давен смоли застосовували для отримання лаків. У Стародавньому Єгипті лак був відомий за кілька століть до нашої ери. Однак в спадщині, яка дісталася Європі від культури стародавнього світу, спосіб приготування блискучого покриття був втрачений, і його довелося винаходити знову. Історики стверджують, що це зробив в XII столітті німецький монах Теофіл. Він навчився за допомогою особливої рідини надавати різним предметам приємний для ока блиск, а фарбам - незвичайну яскравість і глибину тонів. Виробництво лаку, організоване при монастирі, приносило братії хороший дохід і тому зберігалося в суворій таємниці. Однак монополія ченців протрималася недовго. Порівняно нескладний секрет його виробництва ставав відомим все більш широкому колу людей. З тиші і темряви монастирських келій воно перемістилося в майстерні кустарів, а потім стало потужною галуззю лакофарбової промисловості. Секрет ченців полягав в тому, що смолу розчиняли в органічних розчинниках: спирті, скипидарі, жирних оліях. Після випаровування або полімеризації (в разі жирних олій) розчинника смола розподіляється тонким шаром по поверхні предмета, надаючи їй красивий блиск.

Лаки знайшли застосування в живописі олійними фарбами, у виробництві емалевих фарб, ними покривали меблі і карети. А коли кінний транспорт став витіснятися паровим і автомобільним, лакувати почали залізничні вагони і автомобілі. У масовому виробництві лаків використовували такі природні смоли, як копал, даммару, шелак і деякі інші.

Копал

Копалом або копалами називають смоли різного походження з подібними властивостями. Своєю твердістю вони нагадують бурштин, але непрозорі і мають темне забарвлення. Дерева, що дають копалові смоли, ростуть в Африці, Південній Америці, на Зондських, Філіппінських і Молуккських островах. Вони відносяться до рослинних родин цезальпінієвих, діптерокарпенієвих і деяких іншим. У багатьох районах Африки дерева виробляють смолу копалового типу. У грунті, на якому ростуть ці ліси, накопичилося багато тисяч тонн копала. Викопний копал і служив в минулому основною сировиною для виробництва лаку. Крім того, копалові смоли у великій кількості йшли на виробництво сургучу, потреба в якому швидко зростала в міру розвитку поштового зв'язку і вантажних поштових перевезень. Пропорційно потребі росло і виробництво копала. В кінці XIX століття в Східній Африці добували 1000 тонн викопного копала, в Західній Африці - 3000 тонн, кілька тисяч тонн копалової смоли давали дерева в Південній Америці, на Зондських, Молуккських і Філіппінських островах. Зараз копаловий лак використовують головним чином в живописі і в реставраційній справі. Їм покривають свої шкатулки майстра.

До складу копалових смол входять трахіллова кислота, ізотрахіллова кислота, резени складу С41Н86О4 і С25Н38О4 і близько 9% ефірної олії.

Шелак

Це особлива смола рослинно-тваринного походження. Її і донині використовують у виробництві міцних і стійких лаків. Шелакові лаки дають тонку і вологостійку плівку. Отримують шелак з рослин декількох сімейств, які ростуть в Азії (в Індії, Шрі-Ланці, Індонезії та інших країнах), так що це не такий вже й рідкісний і дорогий продукт. Про походження шелаку існує кілька думок. Мабуть, найправильніше з них таке: коли самка лакового червиця Tachardia lacca (раніше його називали Coccus lacca) кусає молоді пагони рослини, починає рясно виділятися в'язкий сік, який комаха поглинає і тут же виділяє знову. Ці виділення змішуються з витікаючим соком. Утворюється суміш, що обволікає комаху і створює середовище, в яке воно відкладає яєчка. На той час, коли з яєчок розвинеться молодь, суміш застигає в смолу, але комахи все ж встигають покинути свій пологовий будинок. Після цього смолу збирають, відриваючи її шматочки від гілок і стовбурів. Зібраний матеріал плавлять, фільтрують, щоб очистити від механічних домішок, і в розплавленому вигляді наливають на металеві листи, де він застигає в тонкі, тендітні платівки.

Шелак використовують для приготування високоякісних меблевих лаків і політур, в ювелірній справі - для склеювання металів. Його додають у вигляді порошку до феєрверочних складових, щоб уповільнити згорання маси, це один з основних матеріалів для приготування сургучу і деяких спеціальних мастик.