§ 76. Жидкие кристаллы

Кроме анизотропного кристаллического и изотропного жидкого состояний, вещество может находиться еще в одном своеобразном состоянии, которое называют жидкокристаллическим. По своим механическим свойствам вещества в этом состоянии похожи на обычную жидкость: они текучи, причем среди жидких кристаллов встречаются как вещества легко подвижные (маловязкие), так и менее подвижные (с большой вязкостью). В то же время эти жидкости отличаются от обычных своей анизотропией, которая наиболее заметным образом проявляется в оптических свойствах.

Жидкокристаллическое состояние наблюдается у многих сложных органических веществ с бальшими молекулами, обычно имеющими удлиненную форму. Оно встречается не так уж редко; грубо говоря, каждое двухсотое сложное органическое вещество образует жидкие кристаллы.

Физическая природа жидкокристаллического состояния заключается, по-видимому, в следующем. В обычной жидкости взаимное расположение и взаимная ориентация молекул совершенно хаотичны; другими словами, в своем тепловом движении молекулы жидкости совершают как хаотические поступательные перемещения, так и хаотическое вращение. В жидком же кристалле молекулы хотя и расположены как целое в пространстве беспорядочным образом, но их взаимная ориентация упорядочена. Другими словами, хаотично лишь тепловое поступательное перемещение молекул, но не их вращение. Наиболее простой пример такой структуры можно представить себе как жидкость из молекул палочкообразной формы, которые могут произвольным образом перемещаться друг относительно друга, оставаясь, однако, параллельными друг другу. Возможность незатрудненного поступательного смещения молекул обусловливает жидкостные свойства вещества — его текучесть. Упорядоченная же ориентация молекул приводит к анизотропии вещества. Так, например, ясно, что свойства вещества в направлении ориентации палочкообразных молекул будут совершенно отличны от его свойств в других направлениях.

Обычно вещество в жидкокристаллическом состоянии не является «монокристаллом», а представляет собой «поликристаллический» агрегат, состоящий из большого числа ка-пелькообразных жидких кристалликов, различным образом ориентированных друг относительно друга. По этой причине жидкокристаллическое вещество выглядит обычно как мутная жидкость: это происходит от беспорядочного рассеяния света на границах между различными капельками. С помощью сильного электрического или магнитного поля в некоторых случаях можно добиться того, что все капельки приобретут одинаковую ориентацию. При этом получается почти прозрачный жидкий «монокристалл».

Если поместить жидкий кристалл в какую-либо жидкость, с которой он не смешивается, то отдельные жидко

кристаллические капли принимают иногда сферическую, иногда овальную форму, а в некоторых случаях можно наблюдать даже подобие причудливых многогранников с сильно сглаженными ребрами и углами.

Вещества, существующие в жидкокристаллическом состоянии, имеют также и обычные твердокристаллическую и изотропную жидкую фазы. При этом последовательность образования этих фаз такова: при низких температурах вещество представляет собой твёрдый кристалл, при повышении температуры оно переходит в жидкокристаллическое состояние, а при дальнейшем повышении температуры — в обычную жидкость. Многие вещества образуют даже не одну, а две или более различных жидкокристаллических модификаций. Как и все фазовые переходы, превращения жидкокристаллических фаз друг в друга или в другие фазы происходят при вполне определенных температурах и сопровождаются выделением или поглощением тепла.