ина, складається з відносно простих молекул або атомів. Проте нас чекає чудове відкриття, якщо молекули мають яскраво виражену анізотропну форму, тобто якщо у молекул можна чітко виділити які-небудь характерні осі.
В
Рис.1
Такі молекули схематично зображені на рис1. У них атоми розташовуються ні, абияк, а збудовані вздовж певної лінії (рис1, а) або лежать у виділеній площині (рис1, б).
Взаємодія молекул такої форми приводить до того, що в рідкому стані вони не тільки утримуються на деякій середній відстані один від одного, але можуть зберігати певний порядок у своєму відносному розташуванні - Довгі осі молекул (рис2, а) або площині молекул (рис2, б) виявляються паралельними один одному.
В
Рис. 2
У такій незвичайній рідини з'являється особливий напрямок, як у твердому кристалі, вздовж якого орієнтуються виділені осі молекул. Ця схожість між кристалом і описаної дивовижною рідиною і провело до з'єднання двох понять в одне нове - В«рідкий кристалВ». А рідкий стан (Рис2) називають нематического рідким кристалом. Назва В«нематічекійВ» утворено від грецького слова ОЅО®ОјО¬ - нитка. У рідких кристалах під мікроскопом видно тонкі рухливі нитки, які представляють собою дефекти структури. В ідеальному рідкому кристалі таких ниток немає.
Розглянемо тепер сили, що діють в нематической рідини. Ці сили - електричного походження. Цікаво, що сила тяжіння виникає між двома атомами або молекулами, які самі по собі є електрично нейтральними. Подивимося, як це виходить. p> Уявімо собі, що з якоїсь причини в атомі відбулося зміщення негативно зарядженого електронного хмари відносно позитивно зарядженого ядра. Такий атом можна розглядати як сукупність двох різнойменних точкових зарядів, однакових за абсолютною величиною, що знаходяться на деякій відстані один від одного (3, а). Подібну систему зарядів називають електричним диполем. В околиці атома-диполя виникає електричне поле. Напруженість цього поля швидко убуває при видаленні від атома, але поблизу атома поле досить велике. Якщо в околиці атома I потрапляє нейтральний атом II (3, b), то електричне поле атома I повинно змістити заряди електронів і ядра атома II (3.б). Таке відносне зміщення зарядів в атомі II повинно у свою чергу, створювати електричне поле, що підтримує поділ зарядів в атомі I. З малюнка 3 б бачимо, що різнойменно заряджені частинки атомів повинні притягувати один одного. При зближенні атомів між ними починають діяти сили відштовхування. На відстані, приблизно дорівнює розміру атомів, сили взаємодії між атомами дорівнюють нулю. Точно таке ж міркування ми можемо провести і щодо двох молекул, які з декількох десятків атомів. Нейтральні молекули повинні притягувати один одного за рахунок утворення електричних диполів-атомів.
В
Рис 3
Дійсно, молекули повинні притягуватися. Але як? Ясно, що з описаних вище причин більша частина атомів молекули прагне опинитися поблизу атомів іншої молекули, так як тільки в цьому випадку сили взаємодії між молекулами звертаються в нуль. Але така ситуація можлива тільки тоді, коли довгі осі молекул паралельні один одному. Таким чином, виникає певний порядок в орієнтації молекул і з'являється виділений напрям. Це напрям можна характеризувати одиничним вектором (рис1, 2).
Зрозуміло, таке паралельне розташування виділених осей молекул можливо тільки при достатньо низькій температурі, коли теплові поштовхи уже не настільки сильні, щоб зруйнувати орієнтаційний порядок у системі молекул. При підвищенні температури обов'язково настає момент, коли хаотичне тепловий рух молекул стає переважаючим і нематичний порядок руйнується.
Таким чином, система таких особливих молекул може мати два стани: звичайне (изотропное) рідке - при високих температурах і анізотропне рідке - при низьких температурах. Підкреслимо, що нематичний рідкий кристал може бути дійсно рідким, як вода, тобто центри мас молекул не утворює в даному випадку якусь правильну решітку, як в кристалі, а розташовуються хаотично в просторі і можуть в ньому вільно переміщатися. У той же час орієнтація молекул в цій рідині підпорядковується суворому порядку. Цікаво, що нематического рідина, утворена молекулами витягнутої форми відома вже багато десятків років, в той час як нематического рідину з дископодібних молекул відкрита тільки в 1979-1980 року. [9]
холестерические рідина.
Структура холестерической рідини під чому схожа з нематической, але має одну істотну відмінність. Можна сказати, що холестерико володіє нематического станом пошарово, тобто складається з стопки нематических шарів (ріс4, а). але осі цих паралельних один одному шарів розгорнуті на деякий кут, причому для двох сусідніх шарів цей кут складає малу величину О± = 0,5 В°. Відстань між сусідніми шарами приблизно дорівнює поперечного розміру молекули а. якщо рухатися вздовж осі Z, перпендикулярної площині шарів, то через число шарів ...
