Mezoformy tworzą związki o cząsteczkach płaskich wydłużonych i usztywnionych podwójnymi wiązaniami. U wielu substancji stwierdzono występowanie dwu lub kilku faz mezomorficznych w zakresie pomiędzy temperaturą topnienia, a temperaturą przejścia w ciecz izotropową. Schemat ułożenia cząsteczek w fazach mezomorficznych przedstawiono na Rys. 1. Różnią się one stopniem uporządkowania. Cząsteczki mogą być ułożone warstwami o niezupełnie zapełnionych przestrzeniach. Uporządkowanie może polegać jedynie na zorientowaniu długich łańcuchów równolegle do siebie. Kierunek w jakim ustawione są długie cząsteczki nie jest stały, zmienia się stopniowo, tworząc jak gdyby spiralę. Formy te mają duże możliwości zmian struktury pod wpływem słabych bodźców fizycznych, np. temperatury, pola elektrycznego.
Szczególne zainteresowanie wzbudziły optyczne właściwości faz mezomorficznych. Znane są substancje, których barwa w świetle odbitym zmienia się od niebieskiej do czerwonej, poprzez całe widmo widzialne, pod wpływem zmiany temperatury. Właściwość tę wykorzystuje się w sporządzaniu map temperaturowych (np. w medycynie). Inną ważną ze względów praktycznych właściwością faz mezomorficznych jest zmiana przeźroczystości warstwy pod wpływem pola elektrycznego (w kierunku orientacji cząsteczek), zachodząca natychmiast po przyłożeniu pola. Zjawisko to znalazło zastosowanie w konstrukcji wskaźników cyfrowych: kalkulatorów i zegarków.
Do tej pory rozpoznano dość znaczną liczbę substancji, które w pewnych przedziałach temperatur posiadają właściwości ciekłokrystaliczne. Nagrzewanie tych substancji powyżej temperatury, zwykle znacznie wyższej od temperatury topnienia, powoduje znikanie właściwości ciekłokrystalicznych. W tej temperaturze i w temperaturach wyższych ciecze te stają się zwykłymi cieczami izotropowymi. Przedział temperatur, w których istnieje stan ciekłokrystaliczny jest różny dla różnych substancji ciekłokrystalicznych, a jego wartość może dochodzić do kilkudziesięciu stopni.
Ciekłe kryształy, w których właściwości ciekłokrystaliczne występują w określonym przedziale temperatur noszą nazwę ciekłych kryształów termotropowych. Ogólnie można je podzielić na nematyki, cholesteryki i ciekłe kryształy smektyczne ( Rys. 2 ). Podział ten jest związany z lepkością tych substancji, która znajduje odbicie w strukturze i przestrzennym ułożeniu cząsteczek omawianych ciekłych kryształów.
Najmniej lepkie spośród cieklych kryształów termotropowych są nematyki, których lepkość można przyrównać do lepkości mleka. W dalszej kolejności wyróżniamy cholesteryki, a największą lepkość wykazują smektyki.
Wśród ciekłych kryształów cholesterolowych można wyodrębnić, takie, które w swym przedziale temperaturowym ciekłokrystaliczności posiadają niemezofazy: smektyczną i cholesterolową. Do takich ciekłych kryształów należą między innymi pelargonian, mirystynian cholesterylu. Stąd też lepkość ciekłych kryształów cholesterolowych zależy silnie od temperatury.
Ze względu na ułożenie cząsteczek nematyczne ciekłe kryształy charakteryzują się spontaniczną orientacją długich osi cząsteczek, których środki ciężkości nie leżą w jednej płaszczyźnie.
Smektyczne ciekłe kryształy mają cząsteczki ułożone tak, że ich środki ciężkości leżą w określonych płaszczyznach. Takie ułożenie cząsteczek powoduje ograniczenie ich ruchów i dlatego smektyki wykazują znacznie większą lepkość w porównaniu do nematyków.
Trzecim typem ciekłych kryształów termotropowych są ciekłe kryształy cholesterolowe. Różnią się one od nematyków i smektyków kształtem cząsteczki oraz występowaniem specyficznej mezofazy cholesterolowej. Mezofaza cholesterolowa charakteryzuje się warstwowym ułożeniem cząsteczek, które wykazują określoną orientację w warstwie, a ponadto skręceniem tej orientacji w kolejno następujących po sobie warstwach. Warstwy cholesteryka tworzą spiralę, której długość zależy od temperatury.
Moduł opracowano na podstawie [1], [2].
Bibliografia
1. P. Adamski: Ciekłe kryształy, Politechnika Łódzka, Łódź 19892. J. Banaś, W. Solarski (Red.): Chemia dla inżynierów : podręcznik, AGH Uczelniane Wyd. Nauk.-Dydakt., Kraków 2008