Строение жидкостей, аморфных тел и жидких кристаллов. Лекция 6

Жидкости и аморфные тела
Отличие жидкостей от кристаллов:
Отсутствие дальнего порядка (но ближний порядок есть)
Атомы и молекулы не сохраняют свои положения равновесия
Изотропность свойств
Отличие аморфных тел от жидкостей:
Атомы и молекулы сохраняют свои положения равновесия
Очень высокая вязкость
Жидкие кристаллы:
Атомы и молекулы не сохраняют свои положения равновесия
Дальний порядок не строгий и не по всем направлениям
Анизотропия свойств по определенным направлениям

Функция радиального распределения
g(r) = ρ(r)/ρ0
N(r) = 4πr2g(r)
Жидкий и кристаллический Na
Жидкий Rb:
а) вблизи точки плавления
б) вблизи критической точки

Моделирование структуры жидкостей
Методы молекулярной динамики (MD) – моделирование в режиме реального времени (фемтосекунды – 10-15 с)

Теории строения жидкостей
Первые теории предполагали квазикристаллическое строение жидкостей (1920-1930 гг.)
Кластерная теория Стюарта:
Структурно-упорядоченные и неупорядоченные области чередуются
Не объясняет существование переохлажденных жидкостей

Теории строения жидкостей
Теории простых жидкостей – полное разупорядочение; вероятность обнаружения молекулы на любом расстоянии от данной молекулы, превышающем ее диаметр, одинакова
Пригодна для объяснения строения жидких инертных газов, но не для жидкостей с взаимодействующими молекулами

Теории строения жидкостей
Теория Бернала (1950-е гг) – жидкость неупорядочена, но молекулы стремятся к плотной упаковке
Преобладают полиэдры с пятиугольными гранями, что говорит в пользу присутствия икосаэдрических структур
Опыт Бернала

Теории строения жидкостей
Локальная плотность в модели Бернала может быть даже выше, чем в плотноупакованных кристаллических структурах (ГПУ, ГЦК и др.), так как икосаэдрическая упаковка локально более плотная, чем кубооктаэдрическая
ГЦК
ГПУ
жидкость
Модель Бернала предполагает наличие плотноупакованных и разреженных областей, но построенных не так, как в кристалле

Строение аморфных тел
Аналогично строению жидкостей, однако ближний порядок выражен больше (аналогия с переохлажденными жидкостями)
Жидкий Rb:
а) вблизи точки плавления
б) вблизи критической точки
Т.о. аморфные тела можно считать переохлажденными жидкостями или жидкостями с высокой вязкостью

Строение аморфных тел
Аморфные вещества не имеют определённой температуры плавления и характеризуются температурой стеклования (Tg), выше которой аморфное тело переходит в жидкость

Строение жидких кристаллов (мезофаз)
Холестерилбензоат - Ф. Рейнитцер, 1888 г.

Строение жидких кристаллов
Нематики
Смектики
Холестерики

Строение жидких кристаллов
Колончатые (дискотические) жидкие кристаллы – 1977 г.
Бензолгекса-н-гептаноат

Строение жидких кристаллов
Фазовые переходы
ТПР – температура просветления
К → СЖК → НЖК → ИЖ
К → СЖК → ХЖК → ИЖ

Строение жидких кристаллов
Термотропные и лиотропные ЖК
Лиотропные ЖК образованы амфифильными молекулами; в растворе эти молекулы образуют мицеллы, которые упорядочиваются