Влияние дефектов на физические свойства кристаллов

Как кристаллы хранят информацию и знания?

Ученые установили, что на гранях кристаллов находятся треугольнички, указывающие на наличие в них знаний. Эти сведения может получить только определенный человек. Если такой человек появится, то камни отдадут ему свое истинное нутро.

Кристаллы способны передавать вибрации, пробуждать высшие силы сознания, уравновешивать душевные силы. Поэтому их часто используют в медитациях. Предыдущие цивилизации хранили информацию именно в камнях. Например, горный хрусталь считали драгоценным камнем богов. Кристаллы почитали, как живых существ. Даже у «космоса» первоначальным значением было «драгоценный камень».

Необычные друзы

Очень красивым зрелищем являются друзы. Это собрание множества кристаллов на одном основании. Они имеют положительную и отрицательную полярность. С их помощью очищается воздух и перезаряжается атмосфера. В природе встречаются друзы кварца, изумруда, топаза. Человеку они несут спокойствие и гармонию.

Друзами еще называют сросшиеся кристаллы. Чаще всего такому явлению подвержены гранаты, пириты, флюориты. Они часто выставляются в виде экспонатов музеев.

Мелкие сросшиеся кристаллики называют щеткой, большие минералы именуют цветком. Очень красивой разновидностью друз являются жеоды. Они растут на стенках. Друзы могут быть совсем маленькими и большими. Это очень ценные находки. Высоко ценятся друзы агата, селенита, аметиста, цитрина, мориона.

Виды кристаллов[править | править код]

Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.

• Идеальный кристалл является математическим объектом, лишённым любых дефектов строения, а также имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.
• Реальный кристалл всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решётки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Необязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

Свечение

Светящийся флюорит

Некоторые минералы, которые сами по себе не светятся, начинают светиться при различных специальных условиях (нагревание, облучение рентгеновскими, ультрафиолетовыми и катодными лучами; при разламывании и даже царапании ). Различают следующие виды свечения минералов:

1. Фосфоресценция — способность минерала светиться минуты и часы после воздействия на него определенными лучами (виллемит светится после облучения короткими ультрафиолетовыми лучами).
2. Люминесценция — способность светиться в момент облучения некоторыми лучами (шеелит светится синим при облучении ультрафиолетовыми и лучами).
3. Термолюминесценция — свечение при нагревании (флюорит светится фиолетово-розовым цветом).
4. Триболюминесценция — свечение в момент царапания ножом или раскалывания (корунд).

История открытия жидких кристаллов[править | править код]

Жидкие кристаллы открыл в 1888 году австрийский ботаник Ф. Рейнитцер (нем.)русск.

Он обратил внимание, что у кристаллов холестерилбензоата и холестерилацетата было две точки плавления и, соответственно, два разных жидких состояния — мутное и прозрачное. Само название «жидкие кристаллы» придумал Отто Леманн в 1904 году. Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей

Однако учёные не обратили особого внимания на необычные свойства этих жидкостей.

Долгое время физики и химики в принципе не признавали жидких кристаллов, потому что их существование разрушало теорию о трёх состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Учёные относили жидкие кристаллы то к коллоидным растворам, то к эмульсиям.

Научное доказательство было предоставлено профессором университета Карлсруэ Отто Леманом после многолетних исследований, но даже после появления в 1904 году написанной им книги «Жидкие кристаллы» открытию не нашлось применения.

Фундаментальный вклад в физику жидких кристаллов внёс советский учёный В. К. Фредерикс.

Первое практическое применение жидких кристаллов произошло в 1936 году, когда компания Marconi Wireless Telegraph запатентовала свой электро-оптический световой клапан.

В 1963 г. американец Дж. Фергюсон (англ. James Fergason) использовал важнейшее свойство жидких кристаллов — изменять цвет под воздействием температуры — для обнаружения невидимых простым глазом неоднородно нагретых участков поверхности. После того, как ему выдали патент на изобретение (U.S. Patent 3 114 836), интерес к жидким кристаллам резко возрос.

В 1965 г. в США собралась Первая международная конференция, посвящённая жидким кристаллам. В 1968 г. американские учёные создали принципиально новые индикаторы для систем отображения информации. Принцип их действия основан на том, что молекулы жидких кристаллов, поворачиваясь в электрическом поле, по-разному отражают и пропускают свет. Под воздействием напряжения, которое подавали на проводники, впаянные в экран, на нём возникало изображение, состоящее из микроскопических точек. И всё же только после 1973 г., когда группа английских химиков под руководством Джорджа Грея получила жидкие кристаллы из относительно дешёвого и доступного сырья, эти вещества получили широкое распространение в разнообразных устройствах.

Радиоактивность

Радиоактивность может служить важным диагностическим признаком. Некоторые минералы, содержащие радиоактивные химические элементы (как уран, торий, тантал, цирконий, торий) нередко обладают значительной радиоактивностью, которую легко обнаружить бытовыми радиометрами. Для проверки радиоактивности сначала измеряют и записывают фоновую величину радиоактивности, затем к детектору прибора подкладывают минерал. Увеличение показаний более чем на 15% говорит о радиоактивности минерала. Радиоактивными минералами являются: абернатиит, баннерит, гадолинит, монацит, ортит, циркон и др.

Снежинкa

Одними из самых интересных и необычных кристаллов являются снежинки. Снежинки — это кристаллы льда в форме игл, призм, шестиугольников, пластинок и др.

Форма снежинок при разной температуре

Когда молекулы воды кристаллизуются, они могут образовывать только трех или шестиугольные фигуры. Вот в этом и заключается основная причина шестиугольной формы снежинок!

От чего зависит форма снежинок?

Форма снежинок зависит от нескольких факторов:

• температуры, при которой снежинка образуется,
• высоты над уровнем моря,
• содержания водяного пара в облаке, в котором эта снежинка образовалась.

Падают снежинки очень медленно: их скорость составляет приблизительно 1 км/ч. Во время падения им приходится «переживать» разные температуры, поэтому форма снежинок постоянно меняется.

Как устроены жидкие кристаллы

Несмотря на то что жидкие кристаллы (ЖК) открыты больше 100 лет назад, до сих пор не во всяком школьном учебнике можно найти сведения об этих удивительных соединениях. В то же время большинство из нас каждый день имеет дело с жидкими кристаллами. Ведь именно они «глядят» на нас с табло калькуляторов и электронных часов, с экранов ноутбуков, телевизоров, словарей-переводчиков, мобильных телефонов и видеокамер. Без них трудно представить себе нашу повседневную жизнь. Жидкие кристаллы — это вещества, обладающие одновременно свойства ми жидкостей и кристаллов. По своим механическим свойствам они напоминают жидкости, то есть могут течь и принимать форму сосуда, в котором находятся; при этом их вязкость колеблется от консистенции жидкого клея до твердого студня. А основные физические свойства жидких кристаллов (оптические, электрические, магнитные и др.), как и у твердых кристаллических веществ, зависят от направления, в котором производится их измерение. Иными словами, они обладают анизотропией свойств. Именно анизотропия в сочетании с высокой подвижностью молекул (она проявляется под действием тепла, электромагнитных полей и механических воздействий) — основные свойства жидких кристаллов.

В жидкокристаллическое (ЖК) состояние могут переходить лишь соединения, имеющие асимметричную форму молекул (рис. 2). Сейчас известно уже около сотни тысяч таких органических веществ, и их число непрерывно растет. ЖК-вещества часто еще называют мезоморфными, а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греческого «мезос» — ‘промежуточный’). Такое состояние термодинамически стабильно, поэтому наряду с твердым, жидким и газообразным его вполне можно рассматривать как четвертое состояние вещества. (На самом деле термин «мезоморфный» имеет более общее значение, чем «жидкокристаллический» и не обязательно соответствует термодинамическому стабильному фазовому состоянию.)

Если в первые десятилетия после открытия жидких кристаллов основными представителями этих соединений были вещества, состоящие из асимметричных стержнеобразных молекул, то потом оказалось, что в ЖК-состояние могут переходить молекулы и более сложной формы — диски, пластины и др. (рис. 3).

Молекулы в жидких кристаллах могут быть упакованы по-разному. В зависимости от упаковки различают три основных типа структур: смектический, нематический и холестерический (рис. 4). Первый, смектический тип жидких кристаллов (смектики) ближе всего к истинно кристаллическим телам. Молекулы в нем располагаются слоями, и их центры тяжести фиксированы в этих слоях. Обычно молекулы смектиков имеют стержнеобразную форму и состоят из нескольких бензольных колец, связанных между собой напрямую или с помощью функциональных групп. Характерная особенность таких молекул — наличие длинных концевых алифатических фрагментов.

У нематических жидких кристаллов (нематиков) длинные оси молекул ориентированы только в одном измерении, при этом центры тяжести молекул расположены в пространстве хаотично (так называемый ориентационный порядок). Направление преимущественной ориентации длинных или коротких осей молекул обозначается вектором, который называется директором. Молекулы, образующие нематики, по строению похожи на молекулы смектиков, однако чаще всего они имеют более короткие концевые группы или боковые заместители в бензольных кольцах, мешающие их послойному расположению.

И вот мы наконец добрались до холестериков.

Виды кристаллов

Следует разделить идеальный и реальный кристаллы.

• Идеальный кристалл — является математическим объектом, лишённым любых дефектов строения, а также имеющим полную, свойственную ему симметрию, идеализированно ровные гладкие грани.
• Реальный кристалл — всегда содержит различные дефекты внутренней структуры решетки, искажения и неровности на гранях и имеет пониженную симметрию многогранника вследствие специфики условий роста, неоднородности питающей среды, повреждений и деформаций. Не обязательно обладает кристаллографическими гранями и правильной формой, но у него сохраняется главное свойство — закономерное положение атомов в кристаллической решётке.

Разновидности кристаллов и их описание

Содержимое

Кристаллография

Это наука о физических, химических и оптических свойствах кристаллов. Кристаллография изучает происхождение кристаллов и разрабатывает технологии их искусственного выращивания.

Описание кристаллов

Описанием занимается подраздел кристаллографии – морфология. Она исследует пространственное расположение граней кристалла и измерением углом между ними.

В морфологии принята классификация кристаллов по форме. Она находит практическое применение у ювелиров и коллекционеров. Измерение углов между гранями позволяет определить кристалл, так как для каждого вида это постоянная величина.

Основные понятия классификации:

• Симметрия кристаллов. Грани могут располагаться симметрично относительно центра, оси или плоскостей. Например, куб имеет две вертикальных плоскости симметрии, одну горизонтальную, шесть диагональных. Всего принято 32 вида симметрии кристаллов.
• Форма, или габитус. Это внешний вид кристаллов. Они могут сочетать грани разного размера и формы. Например, кристалл алмаза – тетраэдр. Кристалл шпинели – октаэдр, рубин – шестигранный столбик. Идеальные кристаллы практически не встречаются в природе.

Внутреннюю структуру кристаллов описывали теоретически до появления электронных микроскопов в середине ХХ века. Только тогда удалось увидеть расположение атомов и связи между ними. Упорядоченность структуры делает кристаллы прочными, а их грани – блестящими.

Химический состав кристаллов

Кристаллы формируются из веществ, распространённых на Земле. Особые свойства им придаёт не химический состав, а тип кристаллической решётки.

Для примера в таблице представлены ювелирные камни 1 и 2 порядка. К ним относят прозрачные окрашенные кристаллы.

Физические свойства кристаллов

В прошлом веке было совершено революционное открытие. Кристаллы могут накапливать энергию и испускать её в виде короткой мощной вспышки. Устройство получило название лазер ( LASER (англ.) усиление света вынужденным излучением).

Анизотропия

Упорядоченность в строении кристалла приводит к анизотропии, т.е. зависимости физических свойств от выбранного направления. Оно объясняется различием в плотности расположения частиц в кристаллической решетке по разным направлениям. На рисунке 7 условно изображено расположение атомов в одной из плоскостей монокристалла. Через узлы этой плоской решетки проведены различно ориентированные параллельные прямые (1, 2, 3, 4). Видно, что на единицу длины прямых приходится не одинаковое количество атомов. А многие механические свойства кристалла зависят от плотности размещения образующих его частиц.

Прежде всего, бросается в глаза различная механическая прочность кристаллов по разным направлениям. Например, кусок слюды легко расслаивается в одном из направлений на тонкие пластинки, но разорвать его в направлении, перпендикулярном пластинкам, гораздо труднее. Так же легко расслаивается в одном направлении кристалл графита. Когда вы пишете карандашом, такое расслоение происходит непрерывно и тонкие слои графита остаются на бумаге. Многие кристаллы по-разному проводят теплоту и электрический ток в различных направлениях. От направления зависят и оптические свойства кристаллов. Так, кристалл алмаза по-разному преломляет свет в зависимости от направления падающих на него лучей.

Монокристаллы обладают анизотропией, поликристаллы изотропны.

↑ Физические свойства изоморфных смесей

Говоря о физических свойствах минералов, мы имеем в виду химически чистые соединения, состав которых отвечает их формуле. Однако на химическом составе минералов сказываются явления изоморфизма. Свойства минералов закономерно изменяются при вхождении в их состав изоморфных примесей: чем больше примесей, тем сильнее отклоняются физические свойства от идеальных (эталонных). Явления изоморфизма приводят к тому, что физические свойства могут так сильно изменяться у крайних членов изоморфных рядов, что минералы становятся непохожими сами на себя. Например, сульфид цинка (сфалерит) прозрачен и бесцветен, имеет алмазный блеск, но при частичном замещении цинка железом (изоморфизм несовершенный и ограниченный) становится сначала коричневым, затем черным, блеск его меняется до полуметаллического, становится совершенно непрозрачным. Другой пример – полный ряд минералов от колумбита (Fe,Mn)Nb₂O₆ до танталита (Fe,Mn)Ta₂O₆. Из-за разницы в атомных массах (у ниобия 92,9, у тантала 180,9) плотность минералов меняется от 5,2 до 8,2 соответственно, также изменяется твердость и другие свойства. Таких примеров можно привести много. Внешне, часто можно наблюдать изменение цвета минералов, который становится более интенсивным из-за большего вхождения примесей-хромофоров.

Типы кристаллов

Расположение частиц в поли- (снизу) и монокристаллических (сверху) телах

В свою очередь у кристаллов также есть своя классификация. На самом деле это не одна, а целое множество классификаций — по форме минимального элемента решетки, по слагающим такую решетку частицам, по типам симметрии самих решеток. Но для ознакомления с некоторыми особенностями кристаллов имеет смысл рассмотреть пространственную классификацию.
Вновь рассмотрим строение веществ на уровне групп молекул или атомов.
У некоторых кристаллов при увеличении масштаба до нанометровых и миллиметровых величин все так же видно слагающую их ровную пространственную решетку. Кристалл даже при таких увеличениях демонстрирует все ту же единую структуру и подчиняется ее свойствам. Такие кристаллы целиком обладают формой многогранника и не состоят из отдельных частей, называются монокристаллами — одиночными цельными кристаллами вещества.
Напротив, у некоторых кристаллов становится видно, что они состоят из небольших правильных решеток, которые на крупных масштабах уже являются хаотично разбросанными по всему объему — кристалл как будто состоит из перемешанных осколков правильных решеток. Такие кристаллы демонстрируют правильную форму лишь на небольших своих участках, при этом в целом представляют собой бесформенный кусок. Они могут даже при небольшом усилии раскалываться на мелкие, более правильные частицы. Такие кристаллы получили название поликристаллы — множество мелких, сросшихся монокристаллов.

И монокристаллы, и поликристаллы, демонстрируют множество одинаковых свойств, определяемых элементарной решеткой и составляющими их частицами — температура плавления, плотность, способность вступать в химические реакции, проводить электричество и многие другие.
В то же время, из-за заметных структурных различий некоторые из их свойств специфичны для каждого из видов.

Жеода — чудо природы

Природа создала множество удивительных творений, и одно из них — жеоды. Жеоды — это необычные, полые внутри камни, полностью или частично заполненные разросшимися кристаллами. Жеоды бывают любой формы, но чаще всего встречаются округлые или овальные.

Снаружи жеоды не представляют собой ничего примечательного: они выглядят как обычные камни. Вся их красота становится очевидной только после распиливания. Иногда жеоды называют «шкатулки с сюрпризом»: ведь действительно неизвестно, какая красота в них скрывается.

Жеоды аметиста

Размеры жеод варьируются от 1 см до 1 м, самые маленькие экземпляры (менее 1 см) называют миндалинами. Кристаллы, образовавшиеся в жеодах, зависят от минерального вещества, изначально попавшего в подземные пустоты. Чаще всего встречаются жеоды кварца, аметиста, горного хрусталя, агата, халцедона.

Молекулярно-кинетическая теория

Все молекулы состоят из мельчайших частиц – атомов. Все открытые на настоящий момент атомы собраны в таблице Менделеева.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества, сохраняющая его химические  свойства. Атомы соединяются между собой химическими связями. Ранее мы уже рассматривали виды химических связей и их свойства. Обязательно изучите теорию по теме: Типы химических связей, перед тем, как изучать эту статью!

Теперь рассмотрим, как могут соединяться частицы в веществе.

В зависимости от расположения частиц друг относительно друга свойства образуемых ими веществ могут очень сильно различаться. Так, если частицы расположены друг от друга далеко (расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц), между собой практически не взаимодействуют, перемещаются в пространстве хаотично и непрерывно, то мы имеем дело с газом.

Если частицы расположены близко друг к другу, но хаотично, больше взаимодействуют между собой, совершают интенсивные колебательные движения в одном положении, но могут перескакивать в другое положение, то это модель строения жидкости.

Если же частицы расположены близко к друг другу, но более упорядоченно, и больше взаимодействуют между собой, а двигаются только в пределах одного положения равновесия, практически не перемещаясь в другие положения, то мы имеем дело с твердым веществом.

Большинство известных химических веществ и смесей могут существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Самый простой пример – это вода. При нормальных условиях она жидкая, при 0 оС она замерзает – переходит из жидкого состояния в твердое, и при 100 оС закипает – переходит в газовую фазу – водяной пар. При этом многие вещества при нормальных условиях – газы, жидкости или твердые. Например, воздух – смесь азота и кислорода – это газ при нормальных условиях. Но при высоком давлении и низкой температуре азот и кислород конденсируются и переходят в жидкую фазу. Жидкий азот активно используют в промышленности. Иногда выделяют плазму, а также жидкие кристаллы, как отдельные фазы.

Очень многие свойства индивидуальных веществ и смесей объясняются взаимным расположением частиц в пространстве друг относительно друга!

Данная статья рассматривает свойства твердых тел, в зависимости от их строения. Основные физические свойства твердых веществ: температура плавления, электропроводность, теплопроводность, механическая прочность, пластичность и др.

Температура плавления – это такая температура, при которой вещество переходит из твердой фазы в жидкую, и наоборот.

Пластичность – это способность вещества деформироваться без разрушения.

Электропроводность – это способность вещества проводить ток.

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Таким образом, ток могут проводить только такие вещества, в которых присутствуют подвижные заряженные частицы. По способности проводить ток вещества делят на проводники и диэлектрики. Проводники – это вещества, которые могут проводить ток (т.е. содержат подвижные заряженные частицы). Диэлектрики – это вещества, которые практически не проводят ток.

В твердом веществе частицы вещества могут располагаться хаотично, либо более упорядоченно. Если частицы твердого вещества расположены в пространстве хаотично, вещество называют аморфным. Примеры аморфных веществ – уголь, слюдяное стекло.

_{Аморфный бор}

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом, а саму структуру – кристаллической решеткой. Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Кристаллические вещества различают, в частности, по типу химической связи между частицами в кристалле – атомные, молекулярные, металлические, ионные; по геометрической форме простейшей ячейки кристаллической решетки – кубическая, гексагональная и др.

В зависимости от типа частиц, образующих кристаллическую решетку, различают атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую структуру.

История открытия жидких кристаллов

Со времени
открытия жидких кристаллов прошло более 100 лет. Впервые их обнаружил
австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер, наблюдая две точки плавления сложного
эфира холестерина — холестерилбензоата (рис.1).

Рис.1

Первое
ЖК-соединение — холестерилбензоат и диаграмма, иллюстрирующая температурную
область существования ЖК-фазы.

При
температуре плавления (T_пл), 145C, кристаллическое
вещество превращалось в мутную, сильно рассеивающую свет жидкость, которая при
179C становилась прозрачной. В отличии от точки плавления
температуру, при которой происходило просветление образца, Рейнитцер назвал
точкой просветления (T_пр). Пораженный этим необычайным явление,
свидетельствующим как будто о двойном плавлении, Рейнитцер отправил свои
препараты немецкому кристаллографу Отто Леману с просьбой помочь разобраться в
странном поведении холестерилбенозоата. Исследуя их при помощи поляризационного
микроскопа, Леман установил, что мутная фаза, наблюдаемая Рейнитцером, является
анизатропной. Поскольку свойства анизотропии присуще твердому кристаллу, а
вещество в мутной фазе было жидким, Леман назвал его жидким кристаллом.

С тех пор
вещества, способные в определенном температурном интервале выше точки плавления
сочетать одновременно свойства жидкостей (текучесть, способность к образованию
капель) и свойства кристаллических тел (анизотропии), стали называться жидкими
кристаллами или жидкокристаллическими. ЖК-вещества часто называют мезоморфными,
а образуемую ими ЖК-фазу — мезофазой (от греч. «мезос» —
промежуточный). Такое состояние является термодинамически стабильным фазовым
состоянием и по праву на ряду с твердым, жидким и газообразным может рассматриваться
как четвертое состояние вещества.

Однако
понимание природы ЖК-состояния веществ установление и исследование их
структурной организации приходит значительно позднее. Серьезное недоверие к
самому факту существования таких необычных соединений в 20 — 30-х годах
сменилось их активным исследованием. Работы Д. Форлендера в Германии во многом
способствовали синтезу новых ЖК-соединений. Достаточно сказать, что под его
руководством было выполнено 85 диссертаций по жидким кристаллам. Французский
ученый Ж. Фридель предложил первую классификацию жидких кристаллов, голландец
С. Озеен и чех Х. Цохер создали теорию упругости, русские ученые В.К. Фредерикс
и В.Н. Цветков в СССР в 30-х годах впервые исследовали поведение жидких
кристаллов в электрических и магнитных полях. Однако то 60-х годов изучение
жидких кристаллов не представляло существенного практического интереса, и все
научные исследования имели достаточно ограниченный, чисто академический
интерес.

Ситуация
резко изменилась в середине 60-х годов, когда в связи с бурным развитием
микроэлектроники и микроминиатюризации приборов потребовались вещества,
способные отражать и передавать информацию, потребляя при этом минимум энергии.
И вот здесь на помощь пришли жидкие кристаллы, двойственный характер которых
(анизотропия свойств и высокая молекулярная подвижность) позволили создать
управляемые внешним электрическим полем быстродействующие и экономичные
ЖК-индикаторы, являющиеся по существу основным элементом многомиллионной
«армии» часов, калькуляторов, плоских экранов телевизоров и т. д.

Жидкокристллический
бум, в свою очередь, стимулировал активную научную деятельность, созывались
международные симпозиумы и конференции по жидким кристаллам, организовывались
школы для молодых ученых, выпускались сборники и монографии.

Что же
представляют собой эти необычные кристаллы и каковы особые свойства, сделавшие
их сегодня практически незаменимыми?

Группы жидких кристаллов [ править | править код ]

По своим общим свойствам ЖК можно разделить на две большие группы:

1. термотропные ЖК, образующиеся в результате нагревания твёрдого вещества и существующие в определённом интервале температур и давлений.
2. лиотропные ЖК, которые представляют собой двух- или более компонентные системы, образующиеся из стержневидных молекул данного вещества и воды (или других полярных растворителей). Эти стержневидные молекулы имеют на одном конце полярную группу, а большая часть стержня собой гибкую гидрофобную углеводородную цепь. Такие вещества называются амфифилами (амфи — по-гречески означает «с двух концов», филос — «любящий», «благорасположенный»). Примером амфифилов могут служить фосфолипиды.

Амфифильные молекулы, как правило, плохо растворяются в воде, склонны образовывать агрегаты таким образом, что их полярные группы на границе раздела фаз направлены к жидкой фазе. При низких температурах смешивание жидкого амфифила с водой приводит к расслоению системы на две фазы. Одним из вариантов амфифилов со сложной структурой может служить система мыло-вода. Здесь имеется алифатический анион CH 3 − ( CH 2 ) n − 2 − CO 2 − <displaystyle <ce -CO2<>^->>>

12-20) и положительный ион Na + , K + , NH 4 + <displaystyle <ce >>

Термотропные ЖК подразделяются на три больших класса:

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука.

Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника : от первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии по сравнению с телевизорами на электронно-лучевых трубках. В жидкокристаллических дисплеях используется переход Фредерикса, открытый ещё в 1927 году.

М. Г. Томилин предложил использовать жидкие кристаллы в двухступенчатых фотографических технологиях, для сохранения изображений, регистрация внешних воздействий при этом происходит в мезофазе, а хранение — в твердокристаллическом состоянии .

Жидкие кристаллы применяются в производстве «умного стекла», способного изменять коэффициент светопропускания .

Применение жидких кристаллов[править | править код]

Сегментный и точечный ЖК-дисплей.

Одно из важных направлений использования жидких кристаллов — термография. Подбирая состав жидкокристаллического вещества, создают индикаторы для разных диапазонов температуры и для различных конструкций. Например, жидкие кристаллы в виде плёнки наносят на транзисторы, интегральные схемы и печатные платы электронных схем. Неисправные элементы — сильно нагретые или холодные, неработающие — сразу заметны по ярким цветовым пятнам. Новые возможности получили врачи: жидкокристаллический индикатор на коже больного быстро диагностирует скрытое воспаление и даже опухоль.

С помощью жидких кристаллов обнаруживают пары́ вредных химических соединений и опасные для здоровья человека гамма- и ультрафиолетовое излучения. На основе жидких кристаллов созданы измерители давления, детекторы ультразвука.

Но самая многообещающая область применения жидкокристаллических веществ — информационная техника: от первых индикаторов, знакомых всем по электронным часам, до цветных телевизоров с жидкокристаллическим экраном. Такие телевизоры дают изображение весьма высокого качества, потребляя меньшее количество энергии по сравнению с телевизорами на электронно-лучевых трубках. В жидкокристаллических дисплеях используется переход Фредерикса, открытый ещё в 1927 году.

М. Г. Томилин предложил использовать жидкие кристаллы в двухступенчатых фотографических технологиях, для сохранения изображений, регистрация внешних воздействий при этом происходит в мезофазе, а хранение — в твердокристаллическом состоянии.

Жидкие кристаллы применяются в производстве «умного стекла», способного изменять коэффициент светопропускания.

↑ Анизотропия свойств кристаллов

Анизотропия свойств кристаллов вызвана анизотропией их пространственной решетки. Это значит, что разные грани, ребра, вершины кристалла имеют различные свойства: по-разному блестят, твердость кристалла на них различна, нередко они имеют иную окраску и т. д. Анизотропия свойств выражается в том, что по непараллельным направлениям свойства на одной и той же грани различны. Например, грани кристаллов алмаза царапаются в разных направлениях по-разному – это учитывается при шлифовке бриллиантов. Анизотропно проявляются в объеме кристалла все физические свойства: оптические, электрические, теплофизические свойства, твердость и др.

Степень анизотропности кристаллов зависит от их симметрии. Если через центр кристалла провести прямые, то среди них можно выделить симметрично-равные, единичные и полярные прямые (направления).

Симметрично-равными называются такие повторяющиеся в кристалле прямые (или направления), которые выводятся одна из другой с помощью элементов симметрии. Свойства кристаллов по этим направлениям повторяются.

Единичными называются такие прямые (направления), которые являются единственными, неповторимыми в кристалле. Свойства кристаллов вдоль этих направлений отличаются от свойств по другим направлениям. В кристаллах кубической сингонии единичных направлений нет, т.к. они симметрично равны и многократно повторяются. Анизотропия свойств в кристаллах кубической сингонии проявляется очень слабо. В результате можно сказать, что кубические кристаллы изотропны (изотропное тело обладает равными свойствами во всех направлениях).

В кристаллах гексагональной, тригональной и тетрагональной сингоний всегда есть одно единственное, единичное, т.е. неповторяющееся направление. Это оси симметрии L₆, L₄, L₃. Такая ось всегда одна, и больше не повторяется. Все остальные направления в этих кристаллах неоднократно повторяются.

В кристаллах ромбической сингонии существует три единичных направления. В кристаллах моноклинной сингонии единичных направлений множество, а в триклинной все направления единичны. Анизотропия свойств в этих кристаллах проявлены наиболее сильно.

Полярными направлениями называются те из симметричных или единичных направлений, концы которых не могут быть  совмещены при помощи элементов симметрии. Ярким примером этого является ось третьего порядка в турмалине. Её верхний конец несовместим с нижним, оба конца неравнозначны. Это следует из особенностей кристаллической структуры минералов, основным элементом которой являются кольца кремнекислородных тетраэдров (Si₆O₁₈)12–, вершины которых развернуты в одну сторону. Следствием полярности L₃ служат пироэлектрические свойства турмалина: при нагревании на вершине и основании возникают разноименные электрические заряды. Окраска кристаллов многоцветных турмалинов и скорость их роста различны на разных окончаниях кристаллов.

Похожие записи:

Звезда «бетельгейзе» 6 треф: значение и сочетание карты в гадании Google fun tricks and tools, google gravity, underwater, space, mirror and many more amusing tools and tricks В космическом корабле crew dragon появится туалет с панорамным видом на космос Николай сташков: миллиард лет до нашей эры Изучение бозона хиггса