Объяснение свойств аморфных тел

Беспорядок в расположении атомов аморфных тел приводит к тому, что средние расстояния между атомами по разным направлениям оказываются одинаковыми. Поэтому аморфные тела изотропны.

Сходство аморфных тел с жидкостями объясняется тем, что атомы и молекулы аморфных тел, подобно молекулам жидкости, имеют определенное время «оседлой жизни» — конечное время колебаний около положения равновесия. Но в отличие от жидкостей это время велико. В этом отношении аморфные тела близки к кристаллическим, так как перескоки атомов из одного положения в другое происходят редко.

По мере повышения температуры аморфные тела постепенно размягчаются. Это происходит потому, что с ростом температуры учащаются перескоки атомов из одного положения равновесия в другое. Определенной температуры плавления

у аморфных тел в отличие от кристаллических нет. Поэтому аморфные твердые тела можно рассматривать как переохлажденные жидкости с очень большой вязкостью.

Упорядоченному расположению атомов кристаллических тел соответствует минимум потенциальной энергии, когда атомы сближаются на минимально возможные расстояния. Отсутствие дальнего порядка в расположении атомов аморфных тел приводит к тому, что вещество в аморфном состоянии имеет меньшую плотность, чем в кристаллическом. И этому состоянию соответствует большая потенциальная энергия взаимодействия. Вот почему аморфное состояние неустойчиво и вещество из аморфного состояния переходит в кристаллическое. Течение процессов в природе направлено в сторону уменьшения энергии.

Образование аморфного вещества из расплава при быстром охлаждении связано с тем, что за это время молекулы (или атомы) не успевают выстроиться в строгом порядке (процесс кристаллизации может требовать много времени) и образовать кристаллическую решетку. Однако для большинства веществ даже быстрого охлаждения недостаточно, чтобы помешать образованию кристаллов. Эти вещества существуют только в кристаллическом состоянии.

Аморфные твердые тела занимают промежуточное положение между кристаллическими твердыми телами и жидкостями. Их атомы или молекулы располагаются в относительном порядке.

§ 8.4. Жидкие кристаллы

Существуют необычные вещества, которые совмещают в себе свойства кристаллического твердого тела и жидкости. Эти вещества называются жидкими кристаллами. Подобно жидкостям, они текучи. Но в то же время они, подобно кристаллам, обладают анизотропией. Главным для жидких кристаллов является анизотропия оптических свойств.

О существовании жидких кристаллов известно уже почти 100 лет. Но очень долгое время они рассматривались как курьез, не заслуживающий пристального внимания и изучения. Лишь несколько десятков лет назад началось детальное исследование этих веществ. С одной стороны, они нашли важные технические применения, а с другой, — выяснилось, что жидкие кристаллы весьма распространены в природе. Они входят также в состав многих живых тканей.

Молекулы жидких кристаллов

Молекулы жидких кристаллов — это молекулы органических соединений, имеющие вытянутую сигарообразную форму. Строение их таково, что концы молекул очень слабо взаимодействуют друг с другом. Боковые же поверхности взаимодействуют достаточно сильно и могут прочно удерживать молекулы в едином ансамбле, в то время как концевые связи разорваны.

Жидкие кристаллы существуют в определенном для каждого вещества интервале температур. У одних веществ этот интервал невелик (ΔT ≈ 0,01 К), у других довольно широк (ΔT ≈ 100 К). Если жидкий кристалл нагреть, то он при некоторой температуре превращается в обычную жидкость, если охладить, то становится обыкновенным кристаллом.

В зависимости от характера ориентации осей молекул жидкие кристаллы подразделяются на три типа: нематические, смектические и холестерические.