18.02 Тепловые явления

Кристаллические твёрдые тела характеризуются наличием строгого порядка в расположении атомов (молекул). Для большинства же знакомых нам жидкостей характерно отсутствие порядка в расположении молекул (рисунок 1).

Рисунок 1. Модельное представление о расположении молекул в кристалле и жидкости

Однако в природе встречаются вещества, обладающие одновременно основными свойствами и кристалла, и жидкости. С одной стороны, эти вещества текучи, как жидкости. С другой стороны, они характеризуются определённым порядком в расположении молекул и, соответственно, анизотропией физических свойств (зависимостью оптических, электрических и других свойств от направления в веществе). Такие вещества называются жидкими кристаллами.

Первое жидкокристаллическое соединение, холестерилбензоат, было открыто австрийским учёным Рейнитцером. Рейнитцер обнаружил, что при температуре плавления, равной 145 °C, кристаллическое вещество превращалось в мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая затем при 179 °C становилась прозрачной. Поражённый этим необычайным явлением, Рейнитцер отправил свои препараты немецкому кристаллографу Отто Леману с просьбой помочь разобраться в странном поведении холестерилбензоата. Исследуя препараты при помощи поляризационного микроскопа, Леман установил, что мутная фаза, наблюдаемая Рейнитцером, является анизотропной, а прозрачная – изотропной.

Жидкими кристаллами являются в основном органические вещества, молекулы которых имеют, например, длинную нитевидную форму. Нитевидные молекулы расположены параллельно друг другу, однако беспорядочно сдвинуты, т.е. порядок, в отличие от обычных кристаллов, существует только в одном направлении (рисунок 2).

Рисунок 2. Схематичное изображение расположение молекул на примере некоторых типов жидких кристаллов

Физические свойства жидкого кристалла (например, его прозрачность при прохождении светового луча) зависят от направления в кристалле. Это используется при создании жидкокристаллических экранов телевизоров.