-->
|
|
|
Ãëàâíàÿ >> Ìîëåêóëÿðíàÿ ôèçèêà. Òåðìîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10 êë. Ìÿêèøåâ |
|
Ãëàâà 8. Òâåðäûå òåëà è èõ ïðåâðàùåíèå â æèäêîñòè § 8.4. Æèäêèå êðèñòàëëû
Î ñóùåñòâîâàíèè æèäêèõ êðèñòàëëîâ èçâåñòíî óæå ïî÷òè 100 ëåò. Íî î÷åíü äîëãîå âðåìÿ îíè ðàññìàòðèâàëèñü êàê êóðüåç, íå çàñëóæèâàþùèé ïðèñòàëüíîãî âíèìàíèÿ è èçó÷åíèÿ. Ëèøü íåñêîëüêî äåñÿòêîâ ëåò íàçàä íà÷àëîñü äåòàëüíîå èññëåäîâàíèå ýòèõ âåùåñòâ. Ñ îäíîé ñòîðîíû, îíè íàøëè âàæíûå òåõíè÷åñêèå ïðèìåíåíèÿ, à ñ äðóãîé — âûÿñíèëîñü, ÷òî æèäêèå êðèñòàëëû âåñüìà ðàñïðîñòðàíåíû â ïðèðîäå. Îíè âõîäÿò òàêæå â ñîñòàâ ìíîãèõ æèâûõ òêàíåé. Ìîëåêóëû æèäêèõ êðèñòàëëîâÌîëåêóëû æèäêèõ êðèñòàëëîâ — ýòî ìîëåêóëû îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, èìåþùèå âûòÿíóòóþ ñèãàðîîáðàçíóþ ôîðìó. Ñòðîåíèå èõ òàêîâî, ÷òî êîíöû ìîëåêóë î÷åíü ñëàáî âçàèìîäåéñòâóþò äðóã ñ äðóãîì. Áîêîâûå æå ïîâåðõíîñòè âçàèìîäåéñòâóþò äîñòàòî÷íî ñèëüíî è ìîãóò ïðî÷íî óäåðæèâàòü ìîëåêóëû â åäèíîì àíñàìáëå, â òî âðåìÿ êàê êîíöåâûå ñâÿçè ðàçîðâàíû. Æèäêèå êðèñòàëëû ñóùåñòâóþò â îïðåäåëåííîì äëÿ êàæäîãî âåùåñòâà èíòåðâàëå òåìïåðàòóð. Ó îäíèõ âåùåñòâ ýòîò èíòåðâàë íåâåëèê (ΔÒ ≈ 0,01 Ê), ó äðóãèõ äîâîëüíî øèðîê (ΔÒ ≈ 100 Ê). Åñëè æèäêèé êðèñòàëë íàãðåòü, òî îí ïðè íåêîòîðîé òåìïåðàòóðå ïðåâðàùàåòñÿ â îáû÷íóþ æèäêîñòü, åñëè îõëàäèòü, òî ñòàíîâèòñÿ îáûêíîâåííûì êðèñòàëëîì.  çàâèñèìîñòè îò õàðàêòåðà îðèåíòàöèè îñåé ìîëåêóë æèäêèå êðèñòàëëû ïîäðàçäåëÿþòñÿ íà òðè òèïà: íåìàòè÷åñêèå, ñìåêòè÷åñêèå è õîëåñòåðè÷åñêèå. Íåìàòè÷åñêèå æèäêèå êðèñòàëëûÍàèìåíåå óïîðÿäî÷åííîé ñòðóêòóðîé îáëàäàþò íåìàòè÷åñêèå êðèñòàëëû (îò ãðå÷åñêîãî ñëîâà «íåìà» — íèòü. Ýòè âåùåñòâà âêëþ÷àþò ìèêðîñêîïè÷åñêèå íèòåâèäíûå ñòðóêòóðû). Äëèííûå îñè ìîëåêóë íåìàòè÷åñêèõ êðèñòàëëîâ ïàðàëëåëüíû äðóã äðóãó, è â ýòîì îòíîøåíèè âåùåñòâî îáíàðóæèâàåò äàëüíèé ïîðÿäîê, ïîäîáíî êðèñòàëëàì. Íî öåíòðû òÿæåñòè ìîëåêóë ðàñïîëîæåíû õàîòè÷åñêè, è â èõ ðàñïîëîæåíèè îáíàðóæèâàåòñÿ ëèøü áëèæíèé ïîðÿäîê (ðèñ. 8.14). Ïðåäñòàâüòå ñåáå äëèííóþ êîðîáêó, çàïîëíåííóþ ñïè÷êàìè. Ñïè÷êè ìîãóò ñìåùàòüñÿ ââåðõ è âíèç, íî íå ìîãóò ïåðåâîðà÷èâàòüñÿ, òàê ÷òî èõ îñè îñòàþòñÿ ïàðàëëåëüíûìè äëèííîé îñè êîðîáêè. Ýòî è åñòü ãðóáàÿ ìîäåëü íåìàòè÷åñêîãî êðèñòàëëà.
Îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà òàêîãî êðèñòàëëà âäîëü íàïðàâëåíèÿ îñåé ìîëåêóë è ïåðïåíäèêóëÿðíî èì ðàçëè÷íû. Ïîä äåéñòâèåì ýëåêòðè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ ïîëåé îðèåíòàöèÿ îñåé ìîëåêóë èçìåíÿåòñÿ. Ñìåêòè÷åñêèå æèäêèå êðèñòàëëûÍàèáîëåå óïîðÿäî÷åíû ñìåêòè÷åñêèå æèäêèå êðèñòàëëû. Îñè èõ ìîëåêóë òàêæå ïàðàëëåëüíû, íî îáðàçóþò íàáîð ñëîåâ. Ó íåêîòîðûõ ñìåêòè÷åñêèõ âåùåñòâ ìîëåêóëû óïîðÿäî÷åíû è âíóòðè êàæäîãî ñëîÿ: öåíòðû èõ òÿæåñòè ðàñïîëàãàþòñÿ íà ïðÿìûõ ëèíèÿõ (ðèñ. 8.15, à).  äðóãèõ æå âåùåñòâàõ ìîëåêóëû â ñëîÿõ ðàñïîëàãàþòñÿ áåñïîðÿäî÷íî (ðèñ. 8.15, á).  ëþáîì ñëó÷àå îñè ìîëåêóë ïàðàëëåëüíû äðóã äðóãó è ïåðïåíäèêóëÿðíû ïëîñêîñòè ñëîÿ, òîëùèíà êîòîðîãî ðàâíà äëèíå ìîëåêóëû.
Ó âñåõ ñìåêòèêîâ íåçàâèñèìî îò äåòàëåé ñòðóêòóðû âçàèìîäåéñòâèå ìåæäó ñëîÿìè ìîëåêóë ãîðàçäî ñëàáåå âçàèìîäåéñòâèÿ ìîëåêóë âíóòðè îäíîãî ñëîÿ. Ïîýòîìó ñëîè ìîãóò ëåãêî ñêîëüçèòü äðóã îòíîñèòåëüíî äðóãà, è ñìåêòèêè íà îùóïü ìûëîïîäîáíû. Îòñþäà è èõ íàçâàíèå (îò ãðå÷åñêîãî ñëîâà «ñìåãìà» — ìûëî). Îáûêíîâåííûé ìûëüíûé ïóçûðü ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé æèäêîêðèñòàëëè÷åñêîå âåùåñòâî (ðèñ. 8.16). Âíåøíÿÿ è âíóòðåííÿÿ ïîâåðõíîñòè ïóçûðÿ, ìåæäó êîòîðûìè íàõîäèòñÿ ìûëüíûé ðàñòâîð, ñîñòîÿò èç ñëîåâ ìûëà. Ïðèòÿæåíèå ìîëåêóë ìûëà â ïîâåðõíîñòíûõ ñëîÿõ îáåñïå÷èâàåò óñòîé÷èâîñòü ìûëüíîãî ïóçûðÿ. Ïðè óâåëè÷åíèè ðàäèóñà ïóçûðÿ ñâîáîäíûå ìîëåêóëû ìûëà èç ðàñòâîðà ïåðåõîäÿò â æèäêîñòü. Åñëè ïóçûðü ñîêðàùàåòñÿ, òî, íàïðîòèâ, ìîëåêóëû ìûëà âûòàëêèâàþòñÿ èç ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ è ïåðåõîäÿò â ðàñòâîð.
|
|
|