942
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для аудиторной и самостоятельной работы студентов лесохозяйственного факультета специальности 250201 – Лесное хозяйство очного и заочного обучения
ВОРОНЕЖ 2004
2
УДК 661.71
Дмитренков А.И. Химия древесины [Текст]: методические указания для аудиторной и самостоятельной работы студентов лесохозяйств. факультета специальности 250201 – Лесное хозяйство очного и заочного обучения / А.И.Дмитренков; М-во образования и науки Рос. Федерации, Воронеж. гос. лесотехн.акад. – Воронеж, 2004. – 24 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТА
Методические указания составлены в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 250200 – “Лесное хозяйство и ландшафтное строительство” для специальности 250201 – Лесное хозяйство, утвержденным зам.министра образования РФ 27.03.2000 (регистр. № 250 тех/ДС) и примерной программой дисциплины “Химия” Министерства Образования Российской Федерации для инженернотехнических (нехимических) специальностей высших ученых заведений (2000 г).
Рецензент д-р хим.наук, зав. кафедрой ВМС и коллоидов Воронежского государственного университета Г.В. Шаталов
Научный редактор д-р техн. наук, проф. С.С.Никулин
3
1 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина “Химия древесины” является одной из специальных в учебном плане дисциплин, позволяющей получить глубокие профессиональные знания инженеру лесного хозяйства. Целью изучения дисциплины является освоение основ химии высокомолекулярных соединений, методов синтеза полимеров и их модифицирования, современных представлений о строении и свойствах древесины и её компонентов, химизма их превращений в важнейших процессах химической переработки древесины.
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
ознакомиться с особенностями строения и свойств высокомолекулярных соединений, номенклатурой и классификацией полимеров;
изучить методы получения высокомолекулярных соединений;
ознакомиться с агрегатными, фазовыми и физическими состояниями полимеров;
усвоить теорию растворения полимеров;
изучить строение и свойства древесины как природного материала;
ознакомиться со строением и свойствами основных компонентов древесины: целлюлозы, гемицеллюлоз, лигнина, экстрактивных веществ;
усвоить основные современные методы химической переработки древесины.
2 ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Врезультате освоения дисциплины студент должен знать:
структуру и свойства высокомолекулярных соединений, номенклатуру и классификацию полимеров, понятия о физико-химии полимеров, методы получения полимеров, химические реакции с участием высокомолекулярных веществ, химический состав древесины и коры, строение и свойства целлюлозы, лигнина, гемицеллюлоз, экстрактивных веществ, методы химической переработки древесины;
уметь: практически определять основные показатели высокомолекулярных соединений и пользоваться методами их определения; пользоваться методами выделения веществ, входящих в состав древесины, методами аналитического определения отдельных компонентов древесины и других высокомолекулярных веществ; пользоваться методиками получения и изучения свойств производных целлюлозы; самостоятельно работать со специальной литературой по данному курсу;
видеть связь химии древесины с другими дисциплинами, такими как ботаника, дендрология, почвоведение, лесоводство, лесная таксация, древесиноведение, химическая защита растений, экология и охрана природы.
4
3 ОБЪЁМ ДИСЦИПЛИНЫ И ВИДЫ УЧЕБНОЙ РАБОТЫ
Таблица 1
Основные виды и объем учебной работы студентов очного обучения
Виды учебной работы |
Всего часов |
Семестр |
|
|
II |
Общая трудоёмкость дисциплины |
60 |
60 |
Аудиторные занятия |
30 |
30 |
Лекции |
18 |
18 |
Лабораторные занятия (ЛР) |
12 |
12 |
Самостоятельная работа |
30 |
30 |
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
– |
Зачет |
Таблица 2
Основные виды и объем учебной работы студентов заочного обучения
Виды учебной работы |
Всего часов |
Семестр |
|
|
II |
Общая трудоёмкость дисциплины |
60 |
60 |
Аудиторные занятия |
18 |
18 |
Лекции |
10 |
10 |
Лабораторные занятия (ЛР) |
8 |
8 |
Самостоятельная работа |
42 |
42 |
Виды итогового контроля (зачет, экзамен) |
– |
Зачет |
4СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
4.1Разделы дисциплины и виды занятий
Втабл. 3 и 4 включены основные разделы дисциплины “Химия древесины” и сведения по видам работ, относящимся к данной дисциплине.
Таблица 3
Объем лекций и лабораторных занятий по основным разделам учебной дисциплины “Химия древесины” для студентов очного обучения
|
Раздел дисциплины |
Лекции |
Лабораторные |
|
|
|
занятия |
1 Введение. Общие сведения о высокомолекулярных соедине- |
|
|
|
ниях |
2 |
1 |
|
2 |
Строение высокомолекулярных соединений. Методы полу- |
|
|
чения и химические реакции полимеров. |
8 |
4 |
|
3 |
Общие сведения о древесине и методы ее переработки |
2 |
1 |
4 |
Характеристика отдельных компонентов древесины |
6 |
6 |
|
И т о г о |
18 |
12 |
5
Таблица 4
Объем лекций и лабораторных занятий по основным разделам учебной дисциплины “Химия древесины” для студентов заочного обучения
|
Раздел дисциплины |
Лекции |
Лабораторные |
|
|
|
занятия |
1 Введение. Общие сведения о высокомолекулярных соедине- |
4 |
– |
|
ниях |
|
|
|
2 |
Строение высокомолекулярных соединений. Методы полу- |
|
|
чения и химические реакции полимеров. |
2 |
2 |
|
3 |
Общие сведения о древесине и методы ее переработки |
2 |
2 |
4 |
Характеристика отдельных компонентов древесины |
2 |
2 |
|
И т о г о |
10 |
8 |
4.2 Содержание разделов дисциплины
Раздел 1 Введение. Предмет химии высокомолекулярных соединений и химии
древесины. Связь химии древесины с другими дисциплинами. Значение древесины как природного возобновляемого материала. Общие понятия о высокомолекулярных соединениях. Классификация полимеров. Основные классы синтетических полимеров. Природные полимеры.
Раздел 2 Особенности физической структуры высокомолекулярных соединений.
Методы получения полимеров. Растворы высокомолекулярных соединений. Методы определения молекулярной массы полимеров. Химические превращения высокомолекулярных соединений.
Раздел 3 Общие сведения о древесине. Древесина и её компоненты. Строение
древесины и коры. Физические свойства древесины. Методы химической переработки древесины.
Раздел 4 Основные компоненты древесины: целлюлоза, гемицеллюлозы, лигнин,
экстрактивные вещества древесины. Общие сведения, классификация, свойства и области использования.
4.3Содержание лекций
Втабл. 5,6 представлены темы и краткое содержание лекций по соответствующим разделам курса химии древесины для студентов очного и заочного обучения.
6
Таблица 5
Краткое содержание лекций по основным разделам курса химии древесины для студентов очного обучения
№ раздела дисциплины |
Наименование лекций |
1 |
2 |
Раздел 1 |
Общие понятия о высокомолекулярных соединениях. Степень |
|
полимеризации и молекулярная масса. Природные и синтети- |
|
ческие полимеры. Номенклатура и классификация полимеров. |
Раздел 2 |
Методы получения высокомолекулярных соединений. . Поли- |
|
меризация как метод получения полимеров. Радикальная и |
|
ионная полимеризация. Сополимеризация. Поликонденсация. |
|
Гомо- и гетерополиконденсация. |
Раздел 2 |
Особенности физической структуры высокомолекулярных со- |
|
единений. Агрегатные, фазовые и физические состояния по- |
|
лимеров. Форма макромолекул и гибкость цепи полимеров. |
|
Надмолекулярная структура полимеров. |
Раздел 2 |
Химические превращения высокомолекулярных соединений. |
|
Типы реакций полимеров. Полимераналогичные превраще- |
|
ния. Реакции функциональных групп. Макромолекулярные |
|
реакции. Реакции сшивания. Деструкция полимеров. |
Раздел 2 |
Растворы высокомолекулярных соединений. Механизм рас- |
|
творения и набухания полимеров. Вязкость растворов высо- |
|
комолекулярных соединений. Методы определения молеку- |
|
лярной массы полимеров. |
Раздел 3 |
Общие сведения о древесине. Предмет химии древесины. |
|
Древесина и ее компоненты. Строение древесины и коры. Фи- |
|
зические свойства древесины. Химический состав древесины и |
|
коры. Методы химической переработки древесины. |
Раздел 4 |
Целлюлоза как природный полимер. Общие сведения о цел- |
|
люлозе. Строение целлюлозы. Надмолекулярная структура |
|
целлюлозы. Структурные модификации целлюлозы. Биосин- |
|
тез целлюлозы и моносахаридов. Химические реакции целлю- |
|
лозы. Производные целлюлозы. |
Раздел 4 |
Гемицеллюлозы. Общие сведения и классификация гемицел- |
|
люлоз. Типы связей в макромолекулах гемицеллюлоз. Харак- |
|
теристика отдельных гемицеллюлоз. Использование гемицел- |
|
люлоз. Экстрактивные вещества древесины. Общие сведения |
|
и классификация экстрактивных веществ. Экстрактивные ве- |
|
щества, растворимые в воде. Смолистые вещества: терпены, |
|
смоляные кислоты, нейтральные вещества, жирные кислоты, |
|
лигнаны. |
Раздел 4 |
Химия лигнина. Общие сведения о лигнине. Распространен- |
|
ность лигнина в природе и его роль в растениях. Строение |
|
лигнина. Типы химических связей в макромолекулах. Функ- |
|
циональные группы лигнинов. Физические и физико- |
|
химические свойства лигнина. Химические реакции лигнина. |
7
Таблица 6
Краткое содержание лекций по основным разделам курса химии древесины для студентов заочного обучения
№ раздела дисциплины |
Наименование лекций |
1 |
2 |
Раздел 1 |
Введение. Предмет химии высокомолекулярных соединений и |
|
химии древесины. Связь химии древесины с другими дисцип- |
|
линами. Значение древесины как природного возобновляемого |
|
материала. |
Раздел 1 |
Общие понятия о высокомолекулярных соединениях. Степень |
|
полимеризации и молекулярная масса. Природные и синтетиче- |
|
ские полимеры. Номенклатура и классификация полимеров. |
Раздел 2 |
Особенности физической структуры полимеров. Агрегатные, |
|
фазовые и физические состояния полимеров. Форма макромо- |
|
лекул и гибкость цепи полимеров. Надмолекулярные структуры |
|
полимеров. Методы получения полимеров: полимеризация и |
|
поликонденсация. Сополимеризация.. Химические превраще- |
|
ния высокомолекулярных соединений. Типы реакций полиме- |
|
ров. Растворы высокомолекулярных соединений. Механизм |
|
растворения и набухания полимеров. Методы определения мо- |
|
лекулярной массы полимеров. |
Раздел 3 |
Общие сведения о древесине. Основные компоненты древеси- |
|
ны. Строение древесины и коры. Физические свойства древеси- |
|
ны. Химический состав древесины и коры. Методы химической |
|
переработки древесины. |
Раздел 4 |
Целлюлоза как природный полимер. Строение целлюлозы. |
|
Надмолекулярная структура целлюлозы. Структурные модифи- |
|
кации целлюлозы. Биосинтез целлюлозы и моносахаридов. Хи- |
|
мические реакции целлюлозы. Производные целлюлозы. |
|
Гемицеллюлозы. Общие сведения и классификация гемицел- |
|
люлоз. Типы связей и функциональные группы в гемицеллюло- |
|
зах. Характеристика отдельных гемицеллюлоз и их использова- |
|
ние. Экстрактивные вещества древесины. Общие сведения и |
|
классификация экстрактивных веществ. Смолистые вещества: |
|
терпены, смоляные кислоты, нейтральные вещества, жирные |
|
кислоты, лигнаны. |
|
Химия лигнина. Общие сведения, распространение лигнина в |
|
природе. Строение лигнина. Физические и физико-химические |
|
свойства лигнина. Химические реакции лигнина. |
5.ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
Втабл. 7,8 приводится перечень наименований лабораторных занятий с указанием номера раздела, к которому относится данное лабораторное занятие.
8
Таблица 7
Содержание лабораторного практикума по курсу химии древесины для студентов очного обучения
№ раздела дисциплины |
Наименование лабораторного занятия |
Раздел 2 |
Правила работы в химической лаборатории. |
|
Лабораторная работа № 1. Физико-химия полимеров. Опреде- |
|
ление температуры размягчения полимеров по методу “кольцо- |
|
шар” |
Раздел 2 |
Лабораторная работа № 2. Определение вязкости и молекуляр- |
|
ной массы полимеров |
Раздел 4 |
Лабораторная работа № 3. Определение степени набухания |
|
целлюлозы в растворах гидроксида натрия. |
Раздел 4 |
Лабораторная работа № 4. Кислотный гидролиз целлюлозы. |
|
Растворение целлюлозы в медноаммиачном растворе (реактив |
|
Швейцера). |
Раздел 4 |
Лабораторная работа № 5. Получение и свойства ацетатов цел- |
|
люлозы. |
Разделы 1-4 |
Отчет по темам: “Химия древесины и основы химии высокомо- |
|
лекулярных соединений ” |
|
Таблица 8 |
Содержание лабораторного практикума по курсу химии древесины для студентов заочного обучения
№ раздела дисциплины |
Наименование лабораторного занятия |
Разделы 1,3 |
Правила работы в химической лаборатории. |
|
Лабораторная работа № 1. Определение вязкости и молекуляр- |
|
ной массы полимеров |
Разделы 4,5 |
Лабораторная работа № 2. Определение степени набухания |
|
целлюлозы в растворах гидроксида натрия |
Раздел 5 |
Лабораторная работа № 3. Химические свойства целлюлозы и |
|
её производных. |
Разделы 1-5 |
Отчет по темам: “Химия древесины и основы химии высокомо- |
|
лекулярных соединений ” |
6 МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
При изучении данной дисциплины используется специальная химическая лаборатория (ауд.106), оснащенная вытяжным шкафом и другим химическим оборудованием с набором таблиц и плакатов.
При чтении лекционного курса используются телевидение, технические средства в виде слайдов, натуральных образцов древесины различных пород, образцов различных компонентов, входящих в состав древесины, изделий на основе древесины, плакатов и схем, иллюстрирующих строение и
9
свойства высокомолекулярных соединений, по химическому составу и строению древесины, структуре и химическим превращениям целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, экстрактивным веществам древесины. При выполнении лабораторных работ используются натуральные образцы высокомолекулярных соединений, целлюлозы и других природных полимеров, приборы и оборудование для синтеза, изучения структуры и свойств высокомолекулярных соединений, древесины и целлюлозы.
При выполнении лабораторных работ по химии древесины используется следующее оборудование: весы торсионные ВТ-500; вискозиметры ВЗ-4 и ВЗ-1; установка для определения температуры размягчения полимеров по методу “кольцо-шар”; водяная баня; глицериновая баня; весы аналитические ВЛР-200; сушильный шкаф; секундомер.
Для обеспечения автоматизированного контроля успеваемости студентов и автоматизированного выполнения заданий по лабораторным работам на кафедре химии имеется комплекс программ «Модульно-рейтинговая система контроля успеваемости студентов в учебном процессе». Перечень методических разработок для лабораторного практикума и самостоятельной работы студентов приведен в разделе 11.
7 МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
7.1 Самостоятельная работа студентов
При изучении данной дисциплины особое внимание уделяется организации самостоятельной работы студентов и контроля за самостоятельной работой, как одного из основных видов обучения студентов.
Самостоятельная работа студентов и контроль за ее выполнением проводится по следующим направлениям:
-составление конспекта по выполняемой лабораторной работе с использованием методических указаний по лабораторному практикуму;
-освоение теоретического материала по теме лабораторной работы по конспектам лекций и учебнику;
-освоение теоретического материала по темам, вынесенным для самостоятельного изучения, с использованием учебной литературы и конспектов лекций для самостоятельной работы студентов;
-отчет по самостоятельной работе – сдача допуска к лабораторным работам;
-отчет по самостоятельной работе – написание контрольной работы по основным разделам курса и отчетов по лабораторным работам;
-выполнение домашней контрольной работы по химии древесины для студентов заочного обучения;
-отчет по самостоятельной работе – собеседование и сдача домашней контрольной работы для студентов заочного обучения.
10
Одной из эффективных форм организации процесса обучения и контроля за самостоятельной работой студентов является компьютеризация учебного процесса, которая проводится по следующим направлениям:
-для сдачи допуска к лабораторным работам и проведении расчетов по экспериментальным данным в лабораторном практикуме;
-для сдачи отчета по лабораторным работам;
-для контроля за освоением теоретического материала по отдельным разделам дисциплины.
7.2Перечень вопросов, выносимых для самостоятельного изучения
дисциплины
Поскольку аудиторно лекции читаются не в полном объеме дисциплины, на самостоятельное изучение студентам выносятся разделы, которые сообщаются студентам преподавателем.
В табл. 9 приведен перечень вопросов, выносимых для самостоятельного изучения дисциплины «Химия древесины».
Таблица 9
Перечень вопросов по дисциплине «Химия древесины»,
выносимых для самостоятельного изучения
|
|
Позиции из списка |
|
Наименование вопросов |
рекомендованной |
|
|
литературы |
Раздел «Межмолекулярное взаимодействие у полимеров». |
1,6,8 |
|
Рассматриваемые вопросы: |
|
|
1 |
Силы Ван-дер-Ваальса и их классификация |
|
2 |
Водородные связи |
|
3 |
Особенности межмолекулярного взаимодействия у полимеров |
|
4 |
Энергия когезии и ее влияние на свойства полимеров |
|
Раздел «Реология полимеров». Рассматриваемые вопросы: |
1,6,8 |
|
1 |
Механизм течения растворов низкомолекулярных и высокомоле- |
|
кулярных соединений |
|
|
2 |
Кривые течения растворов и расплавов полимеров |
|
3 |
Особенности течения различных полимеров |
|
Раздел «Определение целлюлозы в древесине» |
2,4,6 |
|
Рассматриваемые вопросы: |
|
|
1 |
Прямые и косвенные методы определения целлюлозы |
|
2 |
Определение целлюлозы через холоцеллюлозу |
|
3 |
Определение целлюлозы методами хлорирования и азотноспир- |
|
товым |
|
|
Раздел «Химия процессов варки древесины». |
2,4,6 |
|
Рассматриваемые вопросы: |
|
|
1 |
Химия сульфитной варки |
|
2 |
Химия щелочной варки |
|