teČni kristali - ffh.bg.ac.rs · teČni kristali tečni kristalipredstavljaju stanje određene...
TRANSCRIPT
![Page 1: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/1.jpg)
TEČNI KRISTALI
I
STAKLASTO STANJE
![Page 2: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/2.jpg)
TEČNI KRISTALI
![Page 3: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/3.jpg)
TEČNI KRISTALI
Tečni kristali predstavljaju stanje određene grupe supstancija
koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala.
Sinonimi:
• tečni kristali
• kristalne tečnosti
• anizotropne tečnosti
• para kristali
• mezo faze
• mezomorfno stanje
![Page 4: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/4.jpg)
TEČNI KRISTALI
Osobine tečnosti:
• viskoznost.
Osobine čvrstog stanja:
• optička anizotropija.
Širina temperaturskog intervala u kome se javlja: od 0,01 do
100C.
Javljaju se pri temperaturama od -20 do 400C.
![Page 5: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/5.jpg)
ISTORIJAT
1850. V. Hajnc – stearin: 52C (zamagljena tečnost), 58C (mutna
tečnost), 62,5C (bistra tečnost)
1877. Oto Leman – naziv ove faze i polarizacioni mikroskop
do 1888. Istraživači u različitim oblastima hemije, biologije, medicine i
fizike opažali su da izvesni biološki materijali pokazuju
mutno tečno stanje između kristalnog stanja i tečnog stanja
1888. Fridrih Rajnicer!
1890. Prvi sintetički tečni kristal, p-azoksianizol
1991. Pierre-Gilles De Gennes, Nobelova nagrada za doprinos
razumevanju tečnih kristala i polimera (soft matter physics – fizika
mekih materijala)
![Page 6: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/6.jpg)
OTKRIĆE MEZOFAZA
Fridrih Rajnicer (1857-1927)
![Page 7: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/7.jpg)
HOLESTEROL BENZOAT
145,5C 178,5C
Rajnicer – tečna kristalna faza
(PT) (TT)
kristaltečni
kristal
prava
tečnost
![Page 8: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/8.jpg)
POLARIZACIONI MIKROSKOP
kristal tečni kristal
(holesterični)
izotropna tečnost
![Page 9: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/9.jpg)
TEČNI KRISTALI
• termotropni (promena temperature)
• liotropni (nastaju rastvaranjem u odgovarajućim rastvaračima,
najčešće polarnim)
Termotropni:
• Prelazna temperatura – temperatura na kojoj se supstancija
topi u mutnu, viskoznu tečnost.
• Tačka topljenja – temperatura na kojoj mutna tečnost prelazi u
pravu, bistru tečnost.
![Page 10: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/10.jpg)
TERMOTROPNI TEČNI KRISTALI
tečnostkristal tečni kristali – mezofaze
![Page 11: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/11.jpg)
TERMOTROPNI TEČNI KRISTALI
Postoje supstancije koje imaju više prelaznih tački:
čvrsto tečno
temeratura
kristal izotropnosmektična C smektična A nematična
tečni kristli – mezofaze
![Page 12: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/12.jpg)
OSOBINE TEČNIH KRISTALA
• osetljivi na spoljašnje poremećaje (električno polje,
magnetno polje, svetlost)
električno polje
• dvojno prelamanje svetlosti
![Page 13: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/13.jpg)
PODELA TEČNIH KRISTALA
nematična
faza
smektična
faza
holesterična
faza
porast neprozirnosti
![Page 14: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/14.jpg)
PODELA TEČNIH KRISTALA
nematična
faza
smektična
faza
holesterična
faza
porast neprozirnosti
![Page 15: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/15.jpg)
NEMATIČNA FAZA
Haotično raspoređeni (slojevi ne postoje),
ali je zadržana paralelna orijentacija
između molekula (orijentisani).
Indeks prelamanja zavisi od orijentacije.
Električno i magnetno polje utiču na nematike.
![Page 16: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/16.jpg)
NEMATIČNA FAZA
Uticaj električnog polja:
• Postaju zamagljeni, poluprovidni ili menjaju boju.
• Primena malih napona (3 – 5 V) promena pravca duž ose, čime
se menja indeks prelamanja, odnosno boja.
• Primena većih napona (5 – 20 V) razaranje uređene strukture
tečnog kristala, stvaraju se mikroskopski vrtlozi koji intenzivno
rasejavaju upadnu svetlost, nematik gubi transparentnost i postaje
mlečno beo.
• Primena nematičnih kristala: indikatori brojeva i slova.
![Page 17: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/17.jpg)
TEČNO KRISTALNI DISPLEJI
![Page 18: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/18.jpg)
PODELA TEČNIH KRISTALA
nematična
faza
smektična
faza
holesterična
faza
porast neprozirnosti
![Page 19: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/19.jpg)
SMEKTIČNA FAZA
Slojevi su sačuvani, ali red između slojeva je izgubljen.
Najsličniji čvrstom stanju i imaju najveću viskoznost.
A C
![Page 20: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/20.jpg)
PODELA TEČNIH KRISTALA
nematična
faza
smektična
faza
holesterična
faza
porast neprozirnosti
![Page 21: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/21.jpg)
HOLESTERIČNA FAZA
Grade ih derivati holesterola.
Slojevita struktura, ali paralelno orjentisani
molekuli u sledećem sloju zarotirani za mali
ugao.
Spiralna struktura, sa korakom spirale koji odgovara
talasnoj dužini vidljive svetlosti. Korak spirale (elektronska
struktura i boja) se menjaju sa:
• temperaturom
• hemijskim dejstvom
• mehaničkim dejstvom.
![Page 22: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/22.jpg)
HOLESTERIČNA FAZA
Primena:
• promena temperature prouzrokuje promenu boje
registrovanje prostorne temperaturske raspodele u direktnom
kontaktu i na daljinu
• razni toksični gasovi i pare pri vrlo niskim koncentracijama
(ppm) izazivaju promenu boje detekcija toksičnih materija
• mehanička dejstva dovode do promene strukture i boje
ispitivanje mehaničke otpornosti različitih konstrukcija i
otkrivanje nepouzdanih delova ili mesta u njima
![Page 23: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/23.jpg)
KOJI TIPOVI MOLEKULA POKAZUJU STANJE
TEČNIH KRISTALA?
Kalamatični tečni kristal
(oblik štapića)
Diskotični tečni kristal
(oblik diska)
![Page 24: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/24.jpg)
KALIMATIČAN TEČNI KRISTAL
![Page 25: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/25.jpg)
DISKOTIČAN TEČNI KRISTAL
![Page 26: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/26.jpg)
UOBIČAJENE CENTRALNE GRUPE
kiseli dimer olefin acetilen
steroid
azometin
(Šifove baze) nitro grupe
estar azoksi azo
![Page 27: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/27.jpg)
UOBIČAJENE KRAJNJE GRUPE
alikil
alikiloksi
alikilkarboksi
alikilkarbonati
halogeni
cijano
nitro
amino
![Page 28: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/28.jpg)
STAKLASTO STANJE
![Page 29: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/29.jpg)
OSOBINE STAKLA
Staklasto stanje (amorfno čvrsto stanje, prehlađena tečnost) kao
prelazno stanje, karakteriše se osobinama i tečnog i čvrstog
stanja.
Svojstva čvrstog stanja: čvrstoća, krutost, otpornost na sile
smicanja.
svojstva tečnog stanja: izotropnost, optička propustljivost.
Svojstva stakla: pri zagrevanju nemaju oštru tačku topljenja već
omekšavaju, imaju mali termički koeficijent širenja, veliku
viskoznost i pri stajanju dolazi do iskristalisavanja.
![Page 30: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/30.jpg)
OSOBINE STAKLA
Kristalni materijali:
• kristališu na tački mržnjenja, Tm
• imaju naglu promenu specifične
zapremine na Tm
• temperatura topljenja je temperatura
na kojoj se javlja naglo, diskontinualno
smanjenje specifične zapremine
Stakla:
• ne kristališu
• specifična zapremina se postepeno
menja sa temperaturom
• temperatura prelaska u staklasto
stanje Tg je temperatura na kojoj se
menja nagib zavisnosti specifične
zapremine od temperature
![Page 31: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/31.jpg)
AMORFNO ČVRSTO STANJE
Stakla se mogu smatrati amorfnim čvrstim stanjem (čvrsto stanje
bez kristalne strukture, tj. bez uređenosti dugog dometa).
kristalni SiO2 amorfni SiO2
![Page 32: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/32.jpg)
AMORFNO ČVRSTO STANJE
molekulska uređenost
u kristalu
molekulska uređenost
u staklu
![Page 33: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/33.jpg)
STRUKTURA STAKLA
osnovna izgrađivačka
jedinica je SIO44- tetraedar
Kvarc SiO2 je kristalni, ali se dodatkom nečistoća (Na+,
Mg2+, Ca2+, Al3+) javlja amorfna struktura.
![Page 34: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/34.jpg)
STRUKTURA STAKLA
kvarc Na staklo
![Page 35: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/35.jpg)
STRUKTURA STAKLA
• Grade ih neorganska jedinjenja (SiO2, B2O3, GeO2, As2O3,
As2O5, P2O5, BeF2, GeS2, As2S3) i organska jedinjenja
(glukoza, glicerin).
• Prostorna nekristalna struktura koja se odlikuje rastresitošću
(otvorenošću) – mali koordinacioni poliedri sa velikim
naelektrisanjem katjona u njima.
• Nema uređenosti dugog dometa, ali su silikatni tetraedri i
dalje međusobno povezani.
![Page 36: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/36.jpg)
MODIFIKATORI
Modifikatori (npr. Na2O ili K2O)
se dodaju staklu da se mreža
otvori i poboljšaju svojstva
stakla.
Ako se doda suviše alkalnog oksida, tako da odnos O:Si
dosegne 2,5 ili 3,0, staklasta struktura može biti toliko
narušena da dođe do rastakljivanja.
![Page 37: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/37.jpg)
STRUKTURA STAKLA
• Stvaraoci stakla pomažu u stvaranju 3D rešetke i lako prelaze u
staklasto stanje: Si, B, P, Ge, As, Be (koordinacioni broj 3, 4).
• Modifikatori stakla sa koordinacionim brojem većim ili jednakim
6: Na, K, Ca, Ba.
• Intermedijeri (mogu biti i stvaraoci stakla, i modifikatori) sa
koordinacionim brojem između 4 i 6: Al, Mg, Zn, Pb, Be, Nb, Ta.
![Page 38: TEČNI KRISTALI - ffh.bg.ac.rs · TEČNI KRISTALI Tečni kristalipredstavljaju stanje određene grupe supstancija koje imaju mehaničke osobine tečnosti i optičke osobine kristala](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022040117/5e061f5868f11d6900746a67/html5/thumbnails/38.jpg)
SIMULACIJE
K
SiO44-
15K2O75SiO2
(K15)