Полярные полимеры – полимеры, у которых есть полярные группы. У полярных групп есть полярные связи, т.е. связи между атомами с различной электроотрицательностью. В результате электронное облако связи имеет неравномерную плотность. Полярными, в частности, являются гидроксильные, карбоксильные группы. Основные компоненты древесины, а именно целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин являются полярными полимерами. В их составе имеется большое количество полярных групп, особенно гидроксильных.
Водородная связь (ВС) – по энергии взаимодействия занимает промежуточное положение между химической и физической связью. Связь возникает в соединениях, в молекулах которых, водород связан с электроотрицательным атомом, например, кислородом. При сближении двух молекул, атом водорода одной молекулы притягивается ее электроотрицательным атомом кислорода. Возникает связь двух молекул через водород. Водородная связь имеет высокую энергию взаимодействия. При ее образовании происходит выделение теплоты – теплоты сорбции. ВС возникает между гидроксильными группами макромолекул целлюлозы и во многом обеспечивает прочность древесины.
Адсорбция – сжижение газа на поверхности раздела «твердое тело – газ». При этом газ – это адсорбат или адсорбтив, твердое тело – адсорбент.
Адсорбатом являются пары воды в воздухе. Адсорбент – древесинное вещество.
При адсорбции молекулы газа, ударяясь о твердое тело, «прилипают» к его поверхности.
Адсорбцию подразделяют на: физическую и химическую. Физическая адсорбция обусловлена возникновением между адсорбатом и адсорбентом межмолекулярных сил физических по своей природе. Она всегда обратима.
Химическая адсорбция – силы взаимодействия между адсорбатом и адсорбентом имеют химическую природу. Она необратима.
Применительно к гигроскопичности древесин, имеет место физическая адсорбция с полярными полимерами и полярной жидкости - воды.
Обязательным условием адсорбции является наличие на поверхности твердого тела адсорбционных центров – участков с избыточной поверхностной энергией. Адсорбционными центрами у древесины являются гидроксильные группы, расположенные на поверхности. При ударе молекулы водяного пара о поверхность древесины, между адсорбционным центром и водой возникает водородная связь. В результате этого молекула воды «прилипает» к поверхности древесины.
Расстояние между адсорбционными центрами древесины соизмеримо с размерами молекулы воды, поэтому древесина покрывается сплошными пленками адсорбционной воды.
В зависимости от свойств адсорбата и адсорбента адсорбция происходит по двум механизмам: мономолекулярному и полимолекулярному.
Мономолекулярная адсорбция. Одна молекула адсорбата полностью компенсирует избыточную энергию адсорбционного центра. Адсорбент может покрыться пленкой адсорбата толщиной в одну молекулу
Полимолекулярная адсорбция. Одна молекула адсорбата не может компенсировать избыточную энергию адсорбционного центра, поэтому она сама является адсорбционным центром для второй молекулы адсорбата, а та, в свою очередь, для третьей и так далее до полной компенсации избыточной энергии адсорбционного центра
