¿Cuál es la diferencia entre los cristales líquidos nemáticos, esmécticos y colestéricos?

Que Diferencia clave entre cristales líquidos nemáticos, esmécticos y colestéricos es su estructura. El cristal líquido nemático no tiene una estructura molecular ordenada, y el cristal líquido esméctico tiene una estructura molecular en capas, mientras que el cristal líquido colestérico tiene las moléculas en una disposición retorcida y quiral.

El término cristal líquido se puede definir como una fase de la materia con propiedades intermedias entre las de los líquidos tradicionales y los cristales sólidos. Por ejemplo, un cristal líquido puede fluir como un líquido, pero las moléculas del cristal líquido tienden a orientarse en una naturaleza cristalina. Hay tres fases principales en las que pueden ocurrir los cristales líquidos: cristales líquidos termotrópicos, cristales líquidos liotrópicos y cristales líquidos metalotrópicos. También hay varios tipos de cristales líquidos termotrópicos. Estos tipos incluyen cristales nemáticos, cristales esmécticos, fases quirales o cristales nemáticos retorcidos, fases discóticas y fases cónicas.

CONTENIDO

1. Descripción general y diferencia clave
2. ¿Qué son los cristales líquidos nemáticos?
3. ¿Qué son los cristales líquidos esmécticos?
4. ¿Qué son los cristales líquidos colestéricos?
5. Cristales líquidos nemáticos esmécticos frente a colestéricos en forma tabular
6. Resumen: cristales líquidos nemático-esmécticos frente a colestéricos

¿Qué son los cristales líquidos nemáticos?

Los cristales líquidos nemáticos son uno de los tipos más comunes de cristales líquidos. El término "nemático" proviene del griego, donde significa "hilo". Esto se debe a que este término proviene de los defectos topológicos que aparecen como hilos. Por lo general, estos defectos topológicos en nemática se denominan inclinaciones. Además, los nemáticos tienden a exhibir un tipo de defecto conocido como defectos topológicos de "erizo".

Típicamente, la fase nemática tiene moléculas orgánicas calamíticas o en forma de bastoncillos que no exhiben un orden posicional. Pero estas moléculas tienden a alinearse para tener un orden direccional de largo alcance con ejes largos aproximadamente paralelos entre sí. Por lo tanto, las moléculas pueden fluir libremente en esta etapa y el centro de gravedad de estas moléculas tiende a dispersarse al azar, como un líquido. Sin embargo, estas moléculas tienden a retener el orden direccional de largo alcance similar a una fase sólida.

La mayoría de las fases nemáticas son uniaxiales. Esto significa que estas moléculas tienen un eje largo (se llama "directriz"). Este es el eje preferido y los otros dos ejes son equivalentes y podemos aproximarlos como cilindros o barras. Además, pueden existir nemáticas biaxiales que no solo tengan una orientación similar en su eje mayor, sino que también tiendan a orientarse a lo largo de un eje secundario.

Las moléculas de la fase nemática muestran una fluidez similar a la de un líquido isotrópico ordinario. Sin embargo, podemos alinear fácilmente las moléculas en esta etapa aplicando un campo magnético o eléctrico externo. Cuando estas moléculas se alinean en un orden, la fase nemática exhibe propiedades ópticas de cristales uniaxiales y, por lo tanto, estas fases son muy útiles en pantallas de cristal líquido.

¿Qué son los cristales líquidos esmécticos?

Los cristales líquidos esmécticos son un tipo de cristal líquido que tienen capas bien definidas de moléculas que pueden deslizarse unas sobre otras. Este comportamiento es similar a los efectos deslizantes del jabón. Además, los cristales líquidos esmécticos aparecen a temperaturas inferiores a las de los cristales líquidos nemáticos. El término esméctico proviene de la palabra latina "smectius", que significa "purificación"; en otras palabras, significa la presencia de propiedades jabonosas. Por lo tanto, la fase esméctica se posiciona secuencialmente a lo largo de una dirección.

Figura 01: fase esméctica A a la izquierda y fase esméctica C a la derecha

Podemos observar dos fases esmécticas diferentes como fase A esméctica y fase C esméctica. En la fase esméctica A, las moléculas están orientadas a lo largo de la capa normal, mientras que en la fase esméctica C, las moléculas están inclinadas alejándose de ella. Además, este tipo de fase aparece como un líquido dentro de las capas. Sin embargo, puede haber muchos tipos diferentes de fases esmécticas, que difieren entre sí según el tipo y grado de ordenación posicional y orientacional.

¿Qué son los cristales líquidos colestéricos?

Los cristales líquidos colestéricos son un tipo de cristal líquido compuesto únicamente por moléculas quirales. Este tipo de fase muestra quiralidad. Debido a su quiralidad, a menudo llamamos a esta fase fase quiral o fase nemática retorcida. El término colestérico proviene de su primera observación de esta fase de la materia que aparece por primera vez en los derivados del colesterol. Podemos observar este tipo de fase que muestra torsión de las moléculas que son perpendiculares al director donde el eje molecular es paralelo al director.

Figura 02: Fase colestérica

Debido al empaquetamiento asimétrico de las moléculas, existe un ángulo de giro finito entre las moléculas vecinas en esta fase. Este tipo de empaque provoca un ordenamiento quiral de mayor alcance. Por lo general, definimos el tono quiral o "p" en relación con las propiedades de los cristales líquidos colestéricos, donde se refiere a la distancia sobre la cual las moléculas de cristal líquido experimentan un giro de círculo completo (giro de 360 ​​grados).

¿Cuál es la diferencia entre los cristales líquidos nemáticos, esmécticos y colestéricos?

Las fases nemática, esméctica y colestérica son tres fases diferentes de la materia que se encuentran bajo los cristales líquidos termotrópicos. La diferencia clave entre los cristales líquidos nemáticos, esmécticos y colestéricos es que los cristales líquidos nemáticos no tienen una estructura molecular ordenada y los cristales líquidos esmécticos tienen una estructura molecular en capas, mientras que los cristales líquidos colestéricos tienen moléculas en una disposición retorcida y quiral.

A continuación se muestra un resumen en forma tabular de la diferencia entre los cristales líquidos colestéricos y esmécticos nemáticos.

Resumen: cristales líquidos esmécticos nemáticos frente a colestéricos

Las fases nemática, esméctica y colestérica son tres fases diferentes de la materia que se encuentran bajo los cristales líquidos termotrópicos. La diferencia clave entre los cristales líquidos nemáticos, esmécticos y colestéricos es que los cristales líquidos nemáticos no tienen una estructura molecular ordenada y los cristales líquidos esmécticos tienen una estructura molecular en capas, mientras que los cristales líquidos colestéricos tienen las moléculas en una disposición retorcida y quiral.

Relación:

1. "Cristal líquido". WikipediaFundación Wikimedia, 27 de mayo de 2021.

Imagen de cortesía:

1. "LiquidCrystal-MesogenOrder-SmecticPhases" por Kebes - Trabajo propio (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia
2. "Chholesteric" Por de:User:Heimoponnath - Redibujado de Wikipedia en alemán, cargado originalmente el 19 de enero de 2005, 00:55 (CC BY-SA 3.0) a través de Commons Wikimedia