ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ

ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ (син.: мезоморфные тела, анизотропные жидкости, паракристаллы) — вещества, которые в определенном интервале температур образуют жидкую фазу, имеющую одновременно свойства жидкости и кристаллического тела. Как жидкости Ж. к. обладают текучестью (см. Жидкости), как кристаллические тела — анизотропией оптических, электрических, магнитных, механических и других свойств (см. Анизотропия, Кристаллы).

Многие органические вещества (полинуклеотиды, нуклеиновые к-ты, фосфолипиды, цереброзиды и др.) образуют Ж. к. Жидкокристаллическую структуру имеют многие компоненты живой ткани (миелиновые оболочки нервных волокон, различные биол, мембраны и др.), что определяет своеобразие физиол, функций этих образований. При диагностике ряда заболеваний, сопровождающихся локальными изменениями температуры тела, находит все большее применение жидкокристаллическая термография (см.). Отдельные системы, содержащие Ж. к., в частности водно-липидные, образующие лиотропные Ж. к., используют как модели при исследовании структуры и функции клеточных мембран (см. Мембраны биологические). Предполагают, что Ж. к. играли решающую роль на ранних стадиях возникновения жизни на Земле (Дж. Бернал).

Рис. 1. Вид анизотропной жидкости (жидкие кристаллы) в поле зрения поляризационного микроскопа: жидкие кристаллы в виде ярко освещенных образований, тогда как капли обычной жидкости не пропускают света и поле зрения микроскопа остается темным.

Ж. к. были открыты в 1888 г. австр. ученым Рейнитцером (F. Reinitzer). Он обнаружил, что кристаллы синтезируемого им соединения — холестерилбензоата плавились при t° 145°, образуя мутную жидкость, переходившую в прозрачный расплав при t° 179°, не изменяющийся при дальнейшем нагревании; при охлаждении до t° 145° и ниже жидкость вновь переходила в кристаллическое состояние. Это вещество в 1889 г. исследовал нем. физик Леманн (О. Lehmann) и установил, что жидкая фаза в интервале температур 145—179 представляет собой анизотропную жидкость, обладающую двойным лучепреломлением (см.). Анизотропия Ж. к. наиболее отчетливо проявляется именно в двойном лучепреломлении. При этом капля Ж. к. под поляризацион ным микроскопом приобретает вид цветного ярко освещенного образования, тогда как капля обычной жидкости в этих условиях не пропускает света и поле зрения поляризационного микроскопа остается темным (рис. 1). Леманн показал также, что аналогичными свойствами обладают и другие органические соединения (напр., параоксианизол, олеат аммония и др.). Все эти вещества, а их насчитывается несколько тысяч, обладают той особенностью, что каждое из них в определенном интервале температур образует жидкую фазу, имеющую одновременно свойства жидкости и кристаллического тела. Такие жидкости Леманн назвал жидкими кристаллами.

Ж. к. могут быть получены плавлением твердых кристаллов многих органических соединений, молекулы которых имеют обычно удлиненную форму. Такие кристаллы называют термотропными. Ж. к. также могут быть получены растворением твердых кристаллов некоторых веществ в определенных растворителях, напр, солей высших жирных кислот в воде. В этом случае Ж. к. называют лиотропными.

Вязкость многих Ж. к. лишь незначительно превышает вязкость воды, поэтому они обладают хорошей текучестью и способностью образовывать капли, сливающиеся друг с другом при соприкосновении. Форма капель может быть не только шаровидной, но и палочковидной, конусообразной и др.

Тонкие пленки Ж. к., обладая упорядоченной структурой, по-разному отражают световые волны разной длины, в результате чего в отраженном свете они приобретают яркую окраску. Эта окраска изменяется при действии на пленку электрических и магнитных полей, при нагревании и деформации их.

Анизотропия Ж. к. обусловлена не строением молекул вещества, обладающего свойствами Ж. к., а упорядоченным пространственным расположением этих молекул. Различают два основных структурных типа Ж. к.— нематические (греч, nema нить) и смектические (греч, smegma мыло).

Рис. 2. Схематическое изображение нематического жидкого кристалла: молекулы ориентированы вдоль своих осей, а их центры тяжести расположены хаотически.
Рис. 3. Схематическое изображение смектического жидкого кристалла: молекулы ориентированы вдоль своих осей и расположены слоями.

Нематические Ж. к. образованы молекулами, длинные оси которых ориентированы в одном направлении, но центры тяжести расположены хаотически (рис. 2). В поле зрения поляризационного микроскопа в сплошном слое Ж. к. видны характерные нитеобразные структуры. Отдельные капли имеют сферическую форму. Примером нематического Ж. к. может служить параазоксианизол в температурном интервале 117—135°. Нематические Ж. к. подразделяют на две разновидности: собственно нематические и холестерические Ж. к. Последние образует холестерин и некоторые его производные, молекулы которых дополнительно закручены в направлении, перпендикулярном длинным осям молекул. Вследствие такой структуры тонкие пленки холестерического Ж. к. выглядят в отраженном свете ярко окрашенными.

Смектические Ж. к. образованы молекулами, расположенными слоями (рис. 3). Скольжением слоев друг относительно друга объясняют текучесть смектических Ж. к. В чередовании слоев установлена строгая периодичность, к-рая не соблюдается в расположении молекул в каждом слое. В поляризационном микроскопе капли смектических Ж. к. имеют палочковидную, конусообразную или ступенчатую форму. Примером смектических Ж. к. могут служить расплав параазоксибензойной к-ты (в интервале температур 114—120°), водные р-ры олеата калия и др.

Иногда одно и то же вещество, напр, этиловый эфир параэтоксибензальаминокоричной к-ты, может существовать в двух мезоморфных модификациях. При этом температурный интервал, в к-ром существует более упорядоченная смектическая модификация, лежит ниже температурного интервала менее упорядоченной нематической модификации.

Смектические Ж. к. в некоторых растворителях часто образуют своеобразные текстуры, называемые миелиновыми формами, которые представляют собой тонкие слои смектического Ж. к., свернутые в трубки диам. 0,01—0,02 мм. Миелиновые формы легко возникают, напр., в системе холестерин — глицерин, при нагревании до определенной температуры. Поскольку глицерин играет роль растворителя Ж. к., миелиновые формы следует рассматривать как лиотропные Ж. к. Структура лиотропных Ж. к. более сложная, чем у термотропных. Их структурными единицами являются не молекулы, а мицеллы, упорядоченно распределяющиеся в растворителе.



Библиография: Вистинь Л. К. и Чистяков И. Г. Жидкие кристаллы, М., 1975, библиогр.; Леман О. Жидкие кристаллы и теории жизни, пер. с нем., Одесса, 1908, библиогр.; Demus D., Demus H. u. Z a s с h k e H. Fliis-sige Kristalle in Tabellen, Lpz., 1974, Bibliogr.



Популярные статьи

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е издание

Поделиться: