Жидкие кристаллы. Индивидуальные кристаллические химические соединения плавятся при определенной постоянной температуре

Индивидуальные кристаллические химические соединения плавятся при определенной постоянной температуре. Например, лед плавится при 0⁰ С (р = 1 атм), и температура остается постоянной до тех пор, пока не расплавится весь кристалл льда. Для аморфных веществ не существует определенной постоянной температуры плавления. Это характерно для стекол и полимеров. Аморфное вещество постепенно размягчается, появляются капельки жидкости, но температурной остановки плавления не наблюдается.

Существуют жидкие кристаллы – текучие вещества, молекулы которых частично упорядочены в одном направлении. По своим физико-химическим свойствам жидкие кристаллы занимают промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществом.

Известно, что жидкости изотропны, т.е. в декартовой системе координат оптические свойства, плотность вещества и многие другие свойства жидкости не меняются, не зависят от направления. Кристаллы представляют собой анизотропную среду, физические свойства которой различны в различных направлениях.

Жидкие кристаллы сохраняют некоторые свойства жидкостей, например текучесть. Но в отсутствие внешнего воздействия в жидких кристаллах анизотропны электропроводность, теплопроводность, оптические и другие характеристики, присущие твердым кристаллам.

Такая особенность обусловлена молекулярной структурой соединений, составляющих жидкий кристалл. Одно из соединений такого типа представлено ниже:

4-пентил-4¢ -цианодифенил

Обозначим удлиненную молекулу жидкого кристалла прямой линией. Такие удлиненные молекулы стремятся выстроиться в определенном дальнем порядке, распространяющемся по всему объему (рис. 28).

 

Рис. 28. Модели жидких кристаллов: а) нематическая; б) смектическая; в) холестерическая

 

В нематическом жидком кристалле молекулы проявляют упорядоченность – они ориентированы по оси Z, но, как в обычной жидкости, молекулы характеризуются хаотическим распределением центров тяжести. Такие жидкости выглядят как мутная непрозрачная жидкость. Под воздействием электрического поля напряжением порядка 1 В изменяется структура жидкого кристалла и его оптические свойства.

В смектическом жидком кристалле молекулы расположены слоями, которые скользят относительно друг друга, проявляя текучесть, свойственную жидкости, однако по оси Z проявляются свойства твердого тела под воздействием внешнего давления.

Холестерический жидкий кристалл в плоскости ХУ обладает текучестью подобно смектическому жидкому кристаллу. А вдоль оси Z молекулы в слоях изменяют свою ориентацию при переходе от слоя к слою по восходящей (или нисходящей) спирали.

Жидкие кристаллы используются в термометрах, в электронных часах, микрокалькуляторах для отражения цифровой и буквенной информации и многих других приборах.