MAGAZYN BRANŻY GEMMOLOGICZNEJ I JUBILERSKIEJ

ARTYKUŁY

Artykuły » Gems & Jewelry Numer 2 » Żywice naturalne

Różnorodność świata żywic naturalnych definicje i wstępna klasyfikacja

Aniela Matuszewska - Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi, Katedra Geochemii, Mineralogii i Petrografii

Niewątpliwie żywice opisywano słownie już od chwili ich odkrycia z wykorzystaniem cech fizycznych dostrzeżonych gołym okiem, jednak fizykochemia żywic rozwinęła się szerzej dopiero w XIX w.

Spływająca po pniu sosny Pinus sylvestris strużka żywicy zestala się powoli, w miarę jak odparowują lotne związki: głównie mono– i seskwiterpeny (związki tego typu wchodzą w skład terpentyny, produktu technologicznej destylacji żywicy bądź ekstrakcji karpiny szeregu drzew iglastych). Pozostała na pniu „żywica”  sosnowa, według niektórych definicji, właściwie żywicą nie jest.

Jedno z podstawowych zagadnień z dziedziny żywic naturalnych dotyczy właśnie ich definicji. W literaturze przedmiotu brak jest jednoznacznej definicji żywic. Sformułowanie uniwersalnej definicji żywic nie jest bowiem łatwe, a może nawet niemożliwe. Ma to swoje źródło w różnorodnej ich naturze, pochodzeniu czy wieku, ekologicznych warunkach powstania, depozycji i diagenezy. Istotną przyczyną jest także niewystarczające jeszcze naukowe opracowanie tego problemu. Wstępny charakter niniejszego opracowania nie pozwala na pogłębioną charakterystykę wysiłków badaczy w dążeniu do sformułowania uniwersalnej definicji żywic. Można tu jedynie zacytować szereg podjętych prób zdefiniowania żywic na podstawie ich niektórych istotnych właściwości. 

Literaturowe przykłady definicji żywic naturalnych

Niewątpliwie żywice opisywano słownie już od chwili ich odkrycia z wykorzystaniem cech fizycznych dostrzeżonych gołym okiem, jednak fizykochemia żywic rozwinęła się szerzej dopiero w XIX w. Pierwszym poważniejszym dziełem w tym zakresie była książka A.Tschirscha  z 1906 r. Die Harze und die Harzehälter, uważana nawet za pionierską (Langenheim, 2003). Zawarta tam wstępna fizykochemiczna charakterystyka żywicznych wydzielin roślinnych mogła zostać pogłębiona dopiero później w wyniku rozwoju instrumentalnych metod badawczych. Jedna z pierwszych fizykochemicznych definicji żywic wiązała się z ich rozpuszczalnością (np. Wolff, 1928, Tschirsch i Stock, 1933). Do żywic zaliczano produkty nierozpuszczalne w wodzie, a rozpuszczalne w etanolu. 

Definicję żywic opartą o właściwość rozpuszczalności podawały również znacznie później niektóre słowniki techniczne: „żywice to lepkie wydzieliny roślin (głównie drzewiastych, nasiennych), nierozpuszczalne w wodzie, rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych”.

Definicja dydaktyczna H. Raafa (1990) ma także ogólny charakter, uwzględniający organoleptyczne i chemiczne kryterium podziału: „żywice są złożonymi mieszaninami substancji zapachowych, m.in. estrów, kwasów, alkoholi, aldehydów żywicznych”.

I. Scheiber (1949), wykorzystując swą dobrą znajomość chemii i technologii tworzyw sztucznych, w tym sztucznych żywic, podjął próbę scharakteryzowania także i żywic naturalnych w szerokim kontekście:

  • żywice spotyka się w różnych typach roślin (iglaste, liściaste) i strefach klimatycznych  (np. tropikalna, umiarkowana),
  • żywice wydzielane są wewnątrz drzew albo na powierzchni, przez kanały żywiczne albo spontanicznie,
  • żywice naturalne to substancje o charakterze kwaśnym, tworzące często mydła żywiczne,
  • żywice są nierozpuszczalne w wodzie, dobrze rozpuszczalne w alkoholu i eterze, słabo rozpuszczalne w eterze naftowym; roztwór żywic w etanolu tworzy lak,
  • żywice to substancje o cechach szkła [bardzo lepkie, amorficzne (szkło organiczne)] albo o budowie krystalicznej [np. elemi (amyryna), hartyt (fylokladan)],
  • żywice miękną przy ogrzewaniu i tworzą stabilny stop, palą się kopcącym płomieniem,
  • żywice naturalne mają znaczną odporność na działanie czynników chemicznych i biologicznych, w tym na gnicie.

Dopiero jednak rozwój instrumentalnych, spektroskopowych i chromatograficznych metod badawczych w latach 40. i 50. XX w. wprowadził duży postęp w badaniach chemicznego składu żywic. Umożliwiało to w konsekwencji lepszą identyfikację i klasyfikację żywic, a także bardziej precyzyjne ich definicje, choć nadal niedoskonałe, m.in. z uwagi na znaczną różnorodność kryteriów.

J.H. Langenheim (2003 r.), znakomity znawca problematyki żywic naturalnych, zastrzegając się, iż trudno podać jednocześnie skondensowaną i uniwersalną definicję żywic, stwierdza m.in:

- żywice roślinne, to rozpuszczalne w lipidach mieszaniny lotnych i nielotnych terpenoidowych i/albo fenolowych związków, które:

1° ą zwykle wydzielane w wyspecjalizowanych strukturach wewnątrz albo na powierzchni rośliny;

2° ają potencjalne znaczenie ekologiczne. Żywice:

  • określa się czasem ogólnie jako sok czy wydzielinę zawierająca liczne substancje,
  • są to substancje w większości nierozpuszczalne w wodzie i twardniejące na powietrzu,
  • pod względem składu chemicznego (a więc i właściwości) żywice można podzielić na terpenowe i fenolowe,
  • żywicami nie są gumy, kleje roślinne, olejki, woski, lateks,
  • bursztyn to sfosylizowana żywica.

Jeden z podziałów żywic naturalnych według składu chemicznego, wspomniany powyżej, dzieli żywice na dwa ogólne typy: terpenoidowy i fenolowy. Do tego pierwszego typu należy np. bursztyn bałtycki (np. Fot. 1), zaś do drugiego należy np. „naturalny polistyren” – żywica o nazwie zygburgit (Fot. 2), znajdowana głównie w złożu Bitterfeld –Saksonia, Niemcy (np. Kosmowska–Ceranowicz, 2000). To jednak tylko jeden z wielu przykładów kryteriów klasyfikacji żywic. Ilustracją klasyfikacyjnej wielokierunkowości może być poniższe zestawienie głównych kryteriów definicji i klasyfikacji żywic naturalnych oraz kilka przykładów stosowanych systemów klasyfikacyjnych.

Główne kryteria definicji i klasyfikacji żywic naturalnych:

  • kryteria: geograficzne, klimatyczne, botaniczne,
  • wiek: od karbonu (rezynity w węglach), zaś najczęściej – od kredy do czwartorzędu,
  • sposób wydzielania i znaczenie dla rośliny,
  • skład chemiczny (źródło dla chemotaksonomii),
  • słaściwości fizyczne: rozpuszczalność, lotność, lepkość, temperatura mięknienia, zdolność do polimeryzacji, fizyczna budowa przestrzenna,
  • znaczenie handlowe i aplikacyjne.

Przykłady systemów klasyfikacyjnych żywic: 

  • klasyfikacja chemotaksonomiczna (np. wg Andersona i in. 1995),
  • klasyfikacja wg wieku geologicznego: (żywice kopalne, subfosylne, współczesne),
  • klasyfikacja wg właściwości fizykochemicznych (np. dla celów jubilerskich: żywice twarde i miękkie).

   

Klasyfikacja żywic współczesnych i subfosylnych wg Langenheim, 1995:

I. Żywice oleiste

(oleożywice, względnie płynne – wysoki procent lotnych terpenów)– niektóre rodzaje Pinaceae (sosnowate) i Dipterocarpaceae (dwuskrzydlicowate).

Skład w przypadku żywic terpenoidowych:

  • lotne frakcje: mono– i seskwiterpeny,
  • nielotne frakcje: diterpeny.

II. alsamy (relatywnie miękkie, dużo lotnych składników, ale mniej niż w oleożywicach):

a. balsam – balsam kanadyjski Abies balsamea (Pinaceae) – balsam z Malezji Canarium spp. [Burseraceae (osoczynowate)];

b. elemi – Protium spp., Canarium spp. oraz niektóre gatunki z Burseraceae, Rutaceae (rutowate) i Guttiferae (okrętnicowate);

c. kadzidło – Commiphora spp., Bursera spp. (meksykańskie), Boswellia spp. (Burseraceae);

d. storax */ – (balsam w języku angielskim zwany też „gum Storax”, co można tłumaczyć, jako guma albo żywica – Liquidambar spp. [Hammamelidaceae (oczarowate)]; [*/ Liquidambar orientalis Mills (gum storax)];

e. styrax */ – Styrax spp. [Styraceae (styrakowate)], zwany też “gum benzoin” z płn. Sumatry; [*/ Żywice zawierające fenole aromatyczne].

III. amary

(nazwa stosowana na Malajach dla wszystkich żywic) – liczne rodzaje Dipterocarpaceae, czasem Burseraceae i inne, w składzie m.in. triterpeny, lotne seskwiterpeny, w Burseraceae – dużo lotnych mono– i seskwiterpenów (substancje zapachowe i lotne – kadzidła); (Fot.3).

IV. andarak

Callitris, Tetraclinus [Cupressaceae (cyprysowate)]; (Fot.4).

V. Żywice mastyksowe

Pistacia spp. [Anacardiaceae (nanerczowate)]; (Fot.5).

Dwa ostatnie typy żywic (IV i V) są przykładem wykorzystania jako laki – warnisze. (Aplikacja to jeszcze inna z możliwości definiowania i klasyfikacji żywic).

VI. opale (twarde, trudnotopliwe):

  • opal brazylijski Hymenea spp. [Leguminosae (bobowate)]; 
  • opal afrykański Hymenea verucosa, Copaifera spp., Daniellia spp.;
  • opal z Manilii Agathis alba [Araucariaceae (araukariowate)];
  • opal kauri Agathis Australis (Araucariaceae), (Fot.6).

W przypadku powyższej klasyfikacji wyraźnie zaznacza się zarówno podział geograficzny, jak i botaniczny, zaś wspólnym kryterium są pewne specyficzne cechy struktury i właściwości, a co za tym idzie, podobna aplikacja.

Znaczne zróżnicowanie cech, genezy i właściwości, podobnie jak w przypadku żywic współczesnych i subfosylnych, dotyczy także i żywic kopalnych. Te ostatnie jednak nie poddają się łatwo badaniom w wielu aspektach, np. w aspekcie fitogenezy czy zmian geochemicznych warunków diagenezy, w przypadku przemieszczenia się żywic na wtórne złoże. Z uwagi jednak na ograniczone ramy tego artykułu schemat klasyfikacyjny żywic kopalnych oraz szersze omówienie fizykochemicznej i aplikacyjnej charakterystyki żywic naturalnych różnego typu przedstawione zostaną w kolejnych artykułach tej serii.

MAGAZYN