N = ПЂ/а орієнтація молекул стане такою ж, як і в самому першому шарі. Відстань h = а * 2ПЂ/а, через яке повторюється орієнтація молекул в просторі, являє собою подвоєний період своєрідною решітки (ріс4, б). Величину h прийнято називати кроком спіралі, яку утворюють в просторі кінці молекул, що лежать в послідовних шарах.
Описана періодична решітка - її називають холестерической спіраллю - дивовижна тим, що чітка періодичність в ній стосується тільки орієнтації молекул. У той же час у кожній нематического шарі молекули можуть вільно переміщатися, мінятися місцями; словом, холестеричних рідина вільно тече вздовж таких площин, але спіраль при цьому майже не порушується.
В
Рис. 4
Молекули можуть переміщатися і з шару в шар, повертаючись при цьому на кут О±, але це дається їм не так легко. Всі це і визначає особливі властивості холестерической рідини, схожі за властивостями твердого кристала. Особливості структури холестерической рідини найбільш сильно проявляються при зміні температури речовини, і при різних зовнішніх впливах. Холестеричних спіраль має яскраві оптичними властивостями, чутлива до щонайменших пошкоджень настільки своєрідною решітки. Все це викликало величезний інтерес до вивчення і застосування холестеричних рідких кристалів. Чим викликана така структура холестерика?
Пояснення полягає в особливості будови молекул, з яких складаються ці речовини. Молекули холестерика - майже такі ж, як у нематической рідини, але мають на своєму кінці невеликий відросток (рис5, а). Цей відросток утворюється зазвичай одним або декількома атомами, які виступають з основної площини, яка містить переважна більшість атомів молекули. Симетрія молекули порушується через відростка і нагадує симетрію руки, яка буває тільки правою і тільки лівою.
Як позначається така форма молекул на орієнтаційному порядку рідини? Подібні молекули можна розташувати паралельно один одному в певній площині, наприклад в площині, в которойлежат самі молекули. Саме ці площини і утворюють окремі шари холестерика (рис5, б). А як можуть бути В«прибудованіВ» один до одного ці шари? Очевидно, що молекули шару 2 можуть бути паралельні молекулам шару 1, якщо шари розташовані один від одного на відстані, приблизно рівному висоті відростків. У цьому випадку відростки не заважають молекулам залишатися паралельними.
В
Рис. 5
Якщо відстань між шарами менше висоти відростків, то вектори n1 і n2 не можуть бути строго паралельні - заважають відростки. Тому між векторами n1 і n2 мається малий кут О±. p> Таким чином, ми приходимо до висновку, що несиметричні молекули повинні утворювати стопку нематических шарів, причому від шару до шару молекули повинні повертатися на певний кут О±. Залежно від того, як вигнуті відростки окремих молекул, холестерические спіралі можуть бути або правими, або лівими. [8]
Рідкокристалічні розчини.
рідкокристалічний стан можна отримати і при розчиненні підходящих речовин в розчиннику, наприклад у воді, який сам по собі не утворює рідкий кристал. При цьому виходить найрізноманітніші рідкі кристали. Якщо молекули розчиняється речовини мають форму стрижня - виходить нематического рідина; якщо у стержнеобразние молекул маються відростки - холестеричних рідина. Можна отримати і більш складні стану. p> У таких рідких кристалах важливу роль грають не тільки сили тяжіння між молекулами, але і сили відштовхування молекул на близьких відстанях. Роль сил відштовхування можна наочно уявити собі таким чином. У великому обсязі при високій температурі молекули, наприклад стержнеобразние, не підкоряються ніякому ориентационному порядку, тобто повертаються в просторі як завгодно. Але щоб при всіляких поворотах молекули не заважали один одному, треба кожній молекулі відвести в рідині певний об'єм. Цей обсяг представляє собою кубик з розміром ребра, приблизно рівним довжині молекули l; в межах такого кубика з об'ємом l 3 молекула дійсно може бути орієнтована як завгодно.
Помістимо тепер теж число молекул при тій же температурі в менший обсяг, тобто підвищимо щільність системи. В результаті на кожну молекулу стане припадати обсяг, менший, ніж l 3 . Як будуть розміщуватися молекули в цьому випадку? Природно, вони зможуть розміститися в меншому обсязі, якщо не будуть повертатися як завгодно, зачіпаючи один одного, а займуть більш-менш паралельні положення. Якщо розмір поперечного перерізу молекул а помітно менше l і на кожну молекулу доводиться обсяг ~ а 2 l, то всі молекули повинні бути орієнтовані однаково, так як тільки в цьому випадку вони не зачіпають один одного. Але це може лише статися в разі дуже високої щільності. При середній щільності, коли на кожну молекулу доводиться обсяг, менший, ніж l 3 , але більший ніж а 2 l, орієнтаційний порядок буде неповним, але помітним. І пов'язаний цей порядок з тим, що молекули не можуть через сильний ві...
