Tekoči kristal: Razlika med redakcijama

odstranjenih 78 zlogov ,  pred 4 leti
m
m/dp/wiki
Brez povzetka urejanja
m (m/dp/wiki)
[[Slika:Izotropna.svg|thumb|right|350px|Prikaz neurejenosti v smereh pri tekoči fazi. V kristalni fazi so molekule urejene tako, da tvorijo kristalno mrežo.]]
'''TekočiTekóči kristalkristál''' je [[agregatno stanje]], ki kaže lastnosti [[tekočina|tekočin]] in [[kristal]]ov.
 
Tekoči kristali lahko tečejo, vendar so njihove [[molekula|molekule]] poravnane tako, kot je to običajno pri kristalih. Tekoči kristali imajo veliko [[faza snovi|faz]], ki se med seboj razlikujejo po optičnih lastnostih. Snov imenujemose imenuje tekoči kristal, če ima vsaj ena izmed njenih faz lastnosti tekočine in kristala (urejenosti). Tekoči kristali kažejo tudi veliko [[dvolomnost]] (veliko razliko med [[lomni količnik|lomnima količnikoma]] za obe medsebojno pravokotni [[polarizacija|polarizaciji]]). Molekule, ki sestavljajo tekoči kristal so podolgovate.
Tekoči kristali kažejo tudi veliko [[dvolomnost]] (veliko razlika med [[lomni količnik|lomnima količnikoma]] za obe medsebojno pravokotni polarizaciji). Molekule, ki sestavljajo tekoči kristal so podolgovate.
 
== Zgodovina ==
[[Slika:MBBA.png|thumb|right|Kemijska struktura molekule [[MBBA|N-(4-metoksibenziliden)-4-butilalinin (MBBA)]].]]
 
Tekoče kristale je odkril [[Avstrijci|avstrijski]] [[botanik]] in [[kemik]] [[Friedrich Richard Reinitzer]] (1857 – 19271857–1927). V poznih letih 1880 je eksperimetiral s [[holesteril benzoat]]om. Pri tem je odkril nenavadne lastnosti, ki jim je pozneje dal ime [[Otto Lehmann]] (1855 – 192291855–1929). Danes so te vrste tekoči kristali znani kot holesterični tekoči kristali. Reinitzer je odkril, da ima holesteril benzoat dve [[tališče|tališči]]. Prvo je pri 145,5 °C, ko se holesteril benzoat topi v motno tekočino. Pri 178,5 °C se ponovno topi in nastane prozorna tekočina. Pojav je [[reverzibilna sprememba|reverzibilen]]. O odkritju je obvestil [[Otto Lehmann|Otta Lehmanna]]. Pozneje je Lehmann proučeval snov s [[polarizacija valovanja|polarizirano]] [[svetloba|svetlobo]]. Pri tem je odkril, da snov vrti ravnino polarizacije vpadajoče svetlobe in odbija krožno polarizirano svetlobo. V letu 1969 je [[Hans Kelker]] uspel sintetizirati snov, ki je imela nematsko fazo že pri sobni temperaturi. To je bil N-(4-metoksibenziliden)-4-butilalinin oz. [[MBBA]].
V letu [[1969]] je [[Hans Kelker]] uspel sintetizirati snov, ki je imela nematsko fazo že pri sobni temperaturi. To je bil N-(4-metoksibenziliden)-4-butilalinin oz. [[MBBA]].
 
== Faze tekočih kristalov ==
 
Tekoči kristali poznajo večje število faz, ki jih imenujemo tudi ''mezofaze''. Snovi, ki kažejo lastnosti tekočih kristalov, pa imenujemo ''mezogeni''.
Tekoči kristali poznajo večje število faz, ki se imenujejo tudi ''mezofaze''. Snovi, ki kažejo lastnosti tekočih kristalov, pa se imenujejo ''mezogeni''. Posamezne [[faza snovi|faze]] tekočih kristalov kažejo značilno urejenost. Nekatere kažejo urejenost po položajulegi, druge pa kažejo urejenost po usmeritvi molekul. Urejenost je lahko samo lokalnakrajevna, to se pravi samo med molekulami, ki so blizu druga drugi. Druga vrsta urejenosti sega na večje razdalje.</br>
 
Osnovna delitev tekočih kristalov je naslednja:
* termotropni tekoči kristali
* liotropni tekoči kristali
* barotropni tekoči kristali
 
Pri termotropnih in barotropnih tekočih kristalih se opaža v čisti snovi odvisnost mezofaz od [[temperatura|temperature]] oziroma [[pritisktlak]]a. Pri liotropnih tekočih kristalih so v čisti snovi mezofaze odvisne še od [[koncentracija|koncentracije]].
 
=== Termotropni kristali ===
 
Termotropni tekoči kristali nastanejo samo v določenem temperaturnem območju. Če se temperatura dvigne, se zaradi termičnega gibanja poruši red, ki je značilen za tekoči kristal. Veliko termotropnih tekočih kristalov kaže večje število faz, ki se spreminjajo s spremembami temparature. Termotropni tekoči kristali imajo lahko eno izmed naslednjih faz:
* nematska faza (tudi kiralni nematiki)
* smektična faza (tudi nagnjeni smektiki)
* kolumnarna faza
 
{{clr}}
==== Nematska faza ====
[[Slika:LiquidCrystal-MesogenOrder-Nematic.jpg‎|thumb|left|miniatur|upright=1.2|Urejenost v nematski fazi.]]
[[Slika:Nematska.svg|thumb|right|350px|Prikaz urejenosti v nematski fazi tekočega kristala.]]
Izraz nematski izhaja iz [[grščina|grščine]] ({{jezik-el2|νημα}}), pomeni pa nit. Snovi, ki kažejo nematsko fazo, imenujemo tudi ''nematogeni''.
Nematska faza je med fazami tekočih kristalov najbolj enostavna. Molekule kažejo urejenost v usmeritvi. Urejenost usmeritve določamo s pomočjo [[parameter urejenosti|parametra urejenosti]], ki je za to fazo določen na osnovi povprečja drugega [[Legendrovi polinomi|Legendrovega polinoma]]
: <math>S = \langle P_2(\cos \theta) \rangle = \left \langle \frac{3 \cos^2 \theta-1}{2} \right \rangle </math>
kjer je
* <math> \theta \!</math> kot med usmerjenostjo posamezne molekule in izbrano smerjo v volumskem elementu (lokalni direktor), ki predstavlja tudi lokalno optično os.
 
Izraz nematski izhaja iz [[grščina|grščine]] ({{jezik-el2|νημα}}), pomeni pa nit. Snovi, ki kažejo nematsko fazo, se imenujejo tudi ''nematogeni''. Nematska faza je med fazami tekočih kristalov najbolj enostavnanajenostavnejša. Molekule kažejo urejenost v usmeritvi. Urejenost usmeritve določamose določa s pomočjo [[parameter urejenosti|parametra urejenosti]], ki je za to fazo določen na osnovi povprečja drugega [[Legendrovi polinomi|Legendrovega polinoma]]:
Oklepaji pomenijo časovno in prostorsko povprečje. Če je <math> S = 1 \!</math>, so molekule povsem urejene, kadar pa je <math> S = 0 \!</math> smeri molekul ne kažejo nobene usmeritve (tekoča faza). Običajni tekoči kristal je <math> S \!</math> med 0,3 in 0,8 in pada, če temperature raste. Parameter tudi pade na 0, kadar sistem preide iz faze tekočega kristala v izotropno fazo. Vrednost <math> S \!</math> se lahko meri tudi eksperimentalno.
 
: <math> S = \langle P_2(\cos \theta) \rangle = \left \langle \frac{3 \cos^2 \theta-1}{2} \right \rangle \!\, , </math>
{{clr}}
kjer je :
* <math> \theta \!\, </math> kot med usmerjenostjo posamezne molekule in izbrano smerjo v volumskemprostorninskem elementu (lokalnikrajevni direktor), ki predstavlja tudi lokalnokrajevno optično os.
 
Oklepaji pomenijo časovno in prostorsko povprečje. Če je <math> S = 1 \!\, </math>, so molekule povsem urejene, kadar pa je <math> S = 0 \!\, </math> smeri molekul ne kažejo nobene usmeritve (tekoča faza). Običajni tekoči kristal je <math> S \!\, </math> med 0,3 in 0,8 in pada, če temperature raste. Parameter tudi pade na 0, kadar sistem preide iz faze tekočega kristala v izotropno fazo. Vrednost <math> S \!\, </math> se lahko meri tudi eksperimentalno.
 
{{clr-}}
==== Holesterna faza (kiralno nematska) ====
[[Slika:Kiralno_nematska.svg|thumb|250px||Urejenost molekul v kiralno nematski (holesterni) fazi]]
[[Slika:LiquidCrystal-MesogenOrder-Cholesteric.jpg|left|thumb|250px| |Usmeritve molekul v holesterni fazi.]]
 
Kiralno nematska faza se opaža pri derivatih [[holesterol]]a. Imenujejo jo tudi holesterna (ali holesterična) faza. </br>
Kiralni nematiki kažejo [[kiralnost]] (predmet, ki se razlikuje od svoje zrcalne slike je kiralen). Za to vrsto faze je značilno, da se v vsaki plasti tekočega kristala malo zavrti usmeritev molekul.
 
{{clr}}
Kiralni nematiki kažejo [[kiralnost]] (predmet, ki se razlikuje od svoje zrcalne slike je kiralen). Za to vrsto faze je značilno, da se v vsaki plasti tekočega kristala malo zavrti usmeritev molekul.
{{clr-}}
 
==== Smektična faza ====
[[Slika:LiquidCrystal-MesogenOrder-SmecticPhases.jpg‎|250px|thumb|left|Smektična faza. Smektična A faza (levo) ima molekule v plasteh. V smektični C (desno) fazi so molekule nagnjene v vsaki plasti.]]
 
Izraz smektičen izhaja iz [[grščina|grščine]], pomeni pa razmazan. Molekule ležijo v nekakšnih plasteh. V vsaki plasti so molekule razporejene kot v nematični fazi.
Izraz smektičen izhaja iz grščine, pomeni pa razmazan. Molekule ležijo v nekakšnih plasteh. V vsaki plasti so molekule razporejene kot v nematični fazi. Snovi imajo običajno večje število smektičnih faz, ki se jih označujemooznačuje z oznako Sm in črkami (npr. SmA, SmB,….). </br>
 
Kadar so molekule poravnane pravokotno na ravnino plasti, imamoje smektičnosmektična A fazofaza. Če pa so nagnjene na ravnino plasti, dobimose dobi smektično C fazo. V posebnem primeru, ko so v vsaki plasti nagnjene na ravnino plasti v svojo smer, dobimose dobi C<sub>A</sub> smektično fazo. Smektična B faza ima molekule, ki so usmerjene pravokotno na ravnino, molekule pa so v plasti urejene v šesterokotnikih. </br>
Snovi, ki kažejo smektično fazo, imenujemo tudo ''smektogeni''. Ta vrsta tekočih kristalov se največ uporablja v zaslonih.
 
{{clr}}
Snovi, ki kažejo smektično fazo, imenujemose imenujejo tudo ''smektogeni''. Ta vrsta tekočih kristalov se največ uporablja v zaslonih.
{{clr-}}
{|
| [[Slika:Smekticna_A.svg|thumb|350px|Prikaz urejenosti v A fazi smektičnega tekočega kristala. Molekule so usmerjene pravokotno na ravnino plasti.]]
| [[Slika:Smekticna_Ca.svg|thumb|350px|Prikaz urejenosti v C<sub>A</sub> fazi smektičnega tekočega kristala. Molekule so v različnih plasteh nagnjene v različnih smereh.]]
|}
{{clr}}
 
==== Kolumnarna (stolpičasta) faza ====
[[Slika:phases colonnaires.JPG|right|thumb|upright=1.2|Različne oblike strukture v kolumnarni fazi.]]
 
Kolumnarna faza je posebna oblika v kateri se molekule združujejo v cilindrične stebričke ali stolpce in delujejo kot mezogeni. Sestavljajo jo ploščate molekule. Odkrili so že veliko kolumnarnih tekočih kristalov.</br>
Prvi diskasti tekoči kristal je odkril [[Indijci|indijski]] [[fizik]] [[Sivaramakrišna Čandrasekar]] (1930 – 2004). Pozneje so odkrili še veliko diskastih mezogenih spojin.
 
Prvi diskasti tekoči kristal je odkril [[Indijci|indijski]] [[fizik]] [[Sivaramakrišna Čandrasekar]] (1930 – 20041930–2004). Pozneje so odkrili še veliko diskastih mezogenih spojin.
 
== Liotropni tekoči kristali ==
[[Slika:Lipid bilayer and micelle.png|right|thumb|250 px|Struktura liotropnega tekočega kristala. Rdeče glave površinsko aktivne snovi (tenzida) so v stiku z vodo, repi pa so v olju (modro): dvojna plast (levo) in [[micel]]a (desno).]]
 
Liotropni snovi moramoje treba dodati topila, da postane tekoči kristal. V preteklosti so izraz uporabljali za snovi, ki so bile sestavljene iz [[amfifilnost|amfifilnih]] [[molekula|molekul]]. Takšne snovi imajo [[hidrofilnost|hidrofilni]] del molekule (imenujemoimenuje gase glava) in [[hidrofobnost|hidrofobni]] del molekule (imenujemoimenuje gase rep). molekule, ki imajo hidrofilni in hidrofobni del, so vedno amfifilne. PrimeriZgledi amfifilnih spojin so soli maščobnih kislin. Lastnost tekočega kristala nastane zaradi hidrofobnega pojava. Najbolj enostaven in pogosto uporabljen liotropni tekoči kristal je [[milo]].</br>
Pri zelo nizkih [[koncentracija]]h amfofilne snovi so molekule razpršene brez reda. Pri malo večjih koncentracija (a še vedno majhnih) se molekule spontano združujejo v [[micel]]e. To nastane tako, da se hidrofobni del molekule skrije v mehurček oziroma micel, hidrofilni del pa se premakne proti vodni raztopini v okolici. Tako nastala telesa se ne urejajo, do ureditve pride šele pri večjih koncentracijah. Značilna je ureditev teh okroglih teles v heksagonalno stebričasto fazo, ki jo imenujemo tudi ''srednja milna faza''. Pri še večjih koncentracijah dobimo lamelarno fazo, kjer so posamezne plasti amfifilne snovi ločene s plastmi vode. V nekaterih sistemih med heksagonalno in lamelarno fazo nastane kubična faza, kjer nastane gosta kubična mreža. Kroglice so lahko tako povezane, tvorijo dvoplastno kubično fazo.
 
Telesa, ki jih tvorijo amfifilne snovi so običajno okrogla. Lahko pa imajo tudi obliko ploščic (biceli), paličic, ali pa so troosni (tri osi micele so usmerjene v različne smeri). V nekaterih sistemih pri visoki koncentraciji opazimo inverzne faze. </br>
Pri zelo nizkih [[koncentracija]]h amfofilne snovi so molekule razpršene brez reda. Pri malo večjih koncentracijakoncentracijah (a še vedno majhnih) se molekule spontano združujejo v [[micel]]e. To nastane tako, da se hidrofobni del molekule skrije v mehurček oziroma micel, hidrofilni del pa se premakne proti vodni raztopini v okolici. Tako nastala telesa se ne urejajo, do ureditve pride šele pri večjih koncentracijah. Značilna je ureditev teh okroglih teles v heksagonalno stebričasto fazo, ki jose imenujemoimenuje tudi ''srednja milna faza''. Pri še večjih koncentracijah dobimose dobi lamelarno fazo, kjer so posamezne plasti amfifilne snovi ločene s plastmi vode. V nekaterih sistemih med heksagonalno in lamelarno fazo nastane kubična faza, kjer nastane gosta kubična mreža. Kroglice so lahko tako povezane, tvorijo dvoplastno kubično fazo. Telesa, ki jih tvorijo amfifilne snovi, so običajno okrogla. Lahko pa imajo tudi obliko ploščic (biceli), paličic, ali pa so troosni (tri osi micele so usmerjene v različne smeri). V nekaterih sistemih pri visoki koncentraciji se opazi inverzne faze.
 
Za liotropne tekoče kristale je značilno, da kažejo lastnosti tekočih kristalov samo v območju določenih koncentracij.
Znanih je več liotropnih faz tekočih kristalov, ki se razlikujejo po svoji mikroskopski strukturi in makroskopskih lastnostih. V liotropnih tekočih kristalih prostor okoliokrog osnovne sestavine izpolnjuje [[topilo]], ki omogoča tečnost.
DelimoDeli se jih na naslednje faze (razvrščene po stopnji koncentracije):
* nezvezne kubične (micelske kubične faze)
* heksagonalne
 
== Zunanje povezave ==
 
* [http://www.lci.kent.edu/lc.html Opisi lastnosti tekočih kristalov] {{ikona en}}
* [http://www.personal.soton.ac.uk/tim/crystals_that_flow/lehmann1889.pdf Opis tekočih kristalov] {{ikona en}}