Un mesógeno es un compuesto que muestra propiedades de cristal líquido . [1] [2] Los mesógenos pueden describirse como sólidos desordenados o líquidos ordenados porque surgen de un estado único de la materia que exhibe propiedades tanto sólidas como líquidas llamadas estado líquido cristalino. [1] Este estado líquido cristalino (LC) se llama mesofase y ocurre entre el estado sólido cristalino (Cr) y el estado líquido isotrópico (Iso) en distintos rangos de temperatura. [2]
Las propiedades del cristal líquido surgen porque los compuestos mesogénicos están compuestos por partes rígidas y flexibles, que ayudan a caracterizar el orden y la movilidad de su estructura. [2] Los componentes rígidos alinean los restos mesógenos en una dirección y tienen formas distintivas que se encuentran típicamente en forma de varillas o discos. [2] Los segmentos flexibles proporcionan movilidad a los mesógenos porque generalmente están formados por cadenas de alquilo, que dificultan la cristalización hasta cierto punto. [2] La combinación de cadenas rígidas y flexibles induce la alineación estructural y la fluidez entre los restos de cristal líquido. [2]
Al hacerlo, diversos grados de orden y movilidad dentro de los mesógenos dan como resultado diferentes tipos de fases de cristal líquido, Figura 1. La fase nemática (N) es el estado o mesofase de cristal líquido menos ordenado y más fluido que se basa en el núcleo rígido de restos mesógenos. [1] [2] La fase nemática conduce al orden de orientación de largo alcance y al orden posicional de corto alcance de los mesógenos. [1] [2] Las fases esméctica (Sm) y columnar (CoI) son más ordenadas y menos fluidas que sus fases nemáticas y demuestran un orden de orientación de largo alcance de núcleos rígidos en forma de varilla y en forma de disco, respectivamente. [1] [2]
Ejemplos de
Figura 1 - Organización de núcleos rígidos en forma de varilla y en forma de disco en fases de cristal líquido de mesógenos, donde Iso es el estado líquido isotrópico; N es la fase nemática del estado de cristal líquido; SmA es la fase esméctica A; SmC es la fase C esméctica; y CoI es la fase columnar. [2]
Los mesógenos termotrópicos son cristales líquidos que son inducidos por la temperatura [1] y existen dos tipos clásicos, que incluyen mesógenos discóticos y mesógenos calamiticos . [3]
Los mesógenos discóticos contienen un núcleo rígido en forma de disco y tienden a organizarse en columnas, formando fases de cristal líquido columnar (CoI) de orden posicional de largo alcance, Figura 2. [1] [2]
Figura 2 - Rejillas bidimensionales de mesógenos con mesofase columnar, donde CoIhex, CoIsqu, CoIrec y CoIob son tipos de rejilla hexagonal, cuadrada, rectangular y oblicua, respectivamente [2]
Un ejemplo de un núcleo rígido de tipo mesógeno discótico es una molécula de disco basada en trifenileno , donde la fase de cristal líquido columnar hexagonal existe entre el rango de temperatura de 66 ° C (fase sólida cristalina) y 122 ° C (fase líquida isotrópica), Figura 3. [ 2]
Figura 3 - Ejemplo de núcleo rígido en forma de disco a base de trifenileno (temperatura en ° C) [2]
Los mesógenos calamiticos contienen un núcleo rígido en forma de varilla y tienden a organizarse en capas distintivas, formando fases de cristal líquido (Sm) lamelares o esmécticas de orden posicional de largo alcance. [1] [2] Las fases esmécticas de bajo orden, Figura 4, incluyen las fases esmectica A (SmA) y esmectica C (SmC), mientras que las fases esmecticas de orden superior incluyen esmectica B, I, F, G y H (SmB / I / F / G / H) fases. [3]
Figura 4 - Organización laminar (capa) de mesógenos calamíticos de bajo orden, incluida la fase esméctica A y la fase esméctica C (inclinada) [2]
Un ejemplo de un núcleo rígido de tipo mesógeno calamitico es una molécula de varilla basada en cianuro de bencilo , donde la fase de cristal líquido esmético A existe entre el rango de temperatura de 60 ° C (fase sólida cristalina) y 62 ° C (fase líquida isotrópica), Figura 5. [2]
Figura 5 - Ejemplo de núcleo rígido en forma de varilla a base de cianuro de bencilo (temperatura en ° C) [2]
Los mesógenos de varilla doblada son mesógenos calamitas especiales que contienen un núcleo rígido en forma de varilla no lineal o de varilla doblada y se organizan para formar 'fases de plátano'. [3] Las unidades rígidas de estas fases se empaquetan de tal manera que se logran la mayor densidad y orden polar, típicamente con el vértice de la varilla doblada apuntando en una dirección. [2] Cuando una capa de varillas dobladas apunta en la misma dirección polar que sus capas adyacentes, la organización laminar se conoce como fase esméctica PF (SmPF), donde el subíndice F indica conmutación ferroeléctrica , Figura 6. [2] Smectic PA (SmPA) es el término dado a una capa de varillas dobladas que apunta en la dirección polar opuesta a sus capas vecinas, donde A significa conmutación antiferroelectica , Figura 6. [2]
Figura 6 - Organización laminar (en capas) de mesógenos calamiticos de varilla doblada, incluidas las fases de PF esmectica y PA esmectica [2]
Otras variaciones de las fases de cristal líquido de varilla doblada incluyen: fases antiferroeléctricas / ferroeléctricas esmecticas C (SmCPA / SmCPF) y fases antiferroeléctricas / ferroeléctricas esmecticas A (SmAPA / SmAPF), que tienen modos distintivos de inclinación y ortogonales de organización laminar. [2]
La figura siguiente ilustra un ejemplo de un núcleo rígido en forma de varilla no lineal que da lugar a un mesógeno de varilla doblada (calamitico), donde la fase de cristal líquido antiferroeléctrico esmectico C (Sm CPA) existe entre los 145 ° C (fase sólida cristalina) y rango de temperatura de 162 ° C (fase líquida isotrópica), Figura 7. [2] [3]
Figura 7 - Ejemplo de núcleo rígido en forma de varilla no lineal de mesógeno de varilla doblada, donde Cr 145 Sm CPA * 162 Iso (Temperatura en ° C) [3]
Referencias
- ^ a b c d e f g h Mingos, DMP Structure and Bonding 1999 , 94, Prefacio-7.
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x Tschierske, C. Arriba. Curr. Chem. 2012 , 318, 1-108.
- ^ a b c d e Dierking, I. Phys. B. 2001 , 304, 51-59.