CRISTALES LÍQUIDOS
18 de abril de 2012
Índice
Introducción __________________________________________________ 3
Enlace y estructura_____________________________________________ 4 Clasificación por formación de mesofase ____________________________ 4
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Liotrópos _____________________________________________ 4
o
Termótropos __________________________________________ 4
Clasificación por forma de la mesofase _____________________________ 5
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o
o
Nemáticos ____________________________________________ 5
o
Escmécticos ___________________________________________ 5
o
Colestéricos ___________________________________________ 6
Propiedades más relevantes _____________________________________ 7 -
Propiedades generales _________________________________________ 7
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Efecto electroclínico en cristales líquidos __________________________ 7
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Ferroelectricidad en cristales líquidos _____________________________ 7
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Ferroelectricidad en mesofases de variedad helicoidal ________________ 9
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Ferroelectricidad y antiferroelectricidad de cristales líquidos __________ 9
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Propiedades ópticas __________________________________________ 10
Métodos de preparación _______________________________________ 11 -
Síntesis del cristal líquido del Au ________________________________ 12
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Síntesis del cristal líquido del Pd (II) ______________________________ 13
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Síntesis del cristal líquido de Ag _________________________________ 13
Técnicas de caracterización del sólido ____________________________ 13 -
Espectroscopia infrarroja ______________________________________ 13
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Espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón __________ 14
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Difracción de rayos X _________________________________________ 15
Aplicaciones _________________________________________________ 15 -
Dispositivos electroópticos y dispositivos de almacenamiento digital ___ 15
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Sensores o métodos de detección _______________________________ 15
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Cosmética __________________________________________________ 16
Bibliografía __________________________________________________ 16
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Introducción Los cristales líquidos presentan muchas aplicaciones prácticas importantes como: paneles de lectura de aparatos electrónicos, calculadoras de bolsillo, relojes de pulsera, termómetros domésticos, entre otras aplicaciones. El primer cristal líquido fue descubierto por Friedrich Reinitzer en 1888, un botánico austriaco que observó la existencia de dos puntos de fusión en un éster cuando estudiaba la función del colesterol en plantas. El componente cambia a una cierta temperatura de estado cristalino para un estado líquido opaco y el material cambiaba nuevamente cuando la temperatura aumentaba hasta un líquido transparente. Reinitzer envió algunas muestras a Otto Lehman, físico alemán que estudió con un microscopio equipado con un polarizador y un controlador de temperatura. Lehman verificó que la fase en que el líquido era opaco, la substancia era un líquido homogéneo, sin embargo, su comportamiento en presencia de una luz polarizada era igual al de un cristal. Esto dio origen a la denominación de cristal líquido. Seguidamente Daniel Vorlander, un químico de origen alemán, hizo un gran estudio en el cual consiguió identificar las características moleculares con mayores posibilidades de dar origen a cristales líquidos. La conclusión más importante que observó fue la tendencia de las moléculas lineares en formar fases líquido-cristalinas. En 1922 Georges Friedel, publicó un trabajo en que descubrió un trabajo en que describió las diferentes fases de un cristal líquido. Además explicó la razón de la existencia de variaciones en la orientación de las moléculas y concluyó que para el caso de cristales líquidos esmécticos existía una estructura de camadas. Entre los años 1920 y 1958, Carl Ossen y F.C. Frank realizaron un estudio teórico denominado como “teoría continua” que describe las propiedades elásticas de los cristales líquidos. Glenn Brown, químico norte-americano, publicó un trabajo de revisión sobre las fases líquido-cristalinas en 1957. Brown también fue responsable de la organización de la primera conferencia internacional de cristales líquidos y de la fundación del instituto de cristales líquidos en la universidad de Kent. Para concluir, cabe destacar dos físicos alemanes, Wilhelm Maier y Alfred Saupe, en 1961, que formularon por primera vez una teoría microscópica que relaciona las características moleculares como fases líquido-cristalinas. En definitiva, la versatilidad de los cristales líquidos hace que una búsqueda de éstos materiales, atienda diversas ramas de la química en general, comprendiendo tanto compuestos orgánicos, así cómo inorgánicos. Sin embargo trataremos de centrarnos en los componentes sólidos de dichos materiales.
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A continuación se realizará un estudio del enlace y estructura, propiedades más relevantes, métodos de preparación, técnicas de caracterización, aplicaciones… de las conclusiones más recientes que se han obtenido acerca de éste tipo de materiales.
Enlace y estructura Los cristales líquidos están formados en su mayor parte por moléculas generalmente orgánicas, sin embargo en esta explicación nos centraremos en la parte inorgánica, nos apoyaremos en el enlace de coordinación de complejos con ligandos orgánicos y un núcleo de coordinación inorgánico en este caso metales de transición que mejoran las propiedades ópticas, térmicas , viscosidad, etc. El enlace de coordinación de los metales, implica un átomo o ión metálico central rodeado por un conjunto de ligandos. Un ligando es un ión o molécula, en este caso molécula, que tiene una existencia independiente. Es decir un complejo es una combinación de un ácido de Lewis (el átomo metálico central) con cierto número de bases de Lewis (los ligandos).
Clasificación por formación de mesofase
En general existen dos tipos de cristal líquido según a como se produzcan los cambios en la mesofase: los termótropos y los liótropos. En ambos tipos se pueden cambiar las mesofases, mientras que en los termotrópicos se cambian las mesofases mediante la variación de la temperatura, en cambio a las diferentes mesofases de los cristales liótropos pueden ser obtenidas a través de variación tanto de concentración como por la variación de temperatura. -
Liótropos
Las moléculas que constituyen los cristales líquidos liótropos están formadas por dos partes: una polar que es atraída por el agua y por eso es llamada hidrófila y otra parte apolar repelida por el agua llamada hidrófoba, las diferentes fases y disposiciones se hacen variando la concentración de estas moléculas en solución. Suelen tener aplicaciones biológicas siendo ejemplos de estos las membranas lipídicas de las células. -
Termótropos
Los cristales líquidos termótropos están generalmente formados por moléculas alargadas (en forma de bastón) o por moléculas discóticas (en forma de disco). Las moléculas alargadas poseen una geometría cuyo eje de simetría se orienta según una dirección espacial. Las moléculas discóticas son en general constituidas por un centro de anillos aromáticos adyacentes que presentan una disposición geométrica siguiendo una configuración columnar bidimensional, es decir, moléculas apiladas formando columnas. Los cristales líquidos termotrópicos pueden estar constituidos por componentes puros o a partir de una mezcla de varias substancias mesogénicas, esto es, substancias entre fase sólida y líquida. Estas mezclas modifican algunas propiedades físicas de los compuestos como viscosidad y la temperatura de transición de fase, teniendo como finalidad adaptarlas a un determinado uso específico. Los cristales termótropos pueden presentar una o más fases
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adicionales en un intervalo de temperatura. Y los termótropos son de gran interés industrial debido a que poseen características electro-ópticas.
Clasificación por forma de la mesofase
Según la forma de la mesofase los cristales líquidos pueden ser: -
Nemáticos
La fase nemática uniaxial, las moléculas que la componen generalmente poseen una forma alargada y están caracterizadas por estar dispuestas en el espacio por orden posicional de tipo líquido isotrópico, sin embargo poseen un cierto orden orientacional. En este caso, las moléculas tienden a colocarse en el medio de forma paralela a un eje común representado por un vector director unitario.
Los cristales líquidos nemáticos son anisótropos, con respecto a las propiedades ópticas, a grandes rasgos cabe decir que tienen diferentes índices de refracción en dirección paralela y perpendicular), viscosidad, susceptibilidad eléctrica y magnética, conductividad eléctrica y térmica. -
Escméctico
Las fases esmécticas están caracterizadas por presentar una distribución espacial con orden superior a los nemáticos y colestéricos. Las moléculas están distribuidas en capas con un espacio bien definido. A pesar de que las capas poseen una regularidad entre si, no hay una regularidad en el posicionamiento de las moléculas en cada capa. Las substancias que presentan la fase esméctica están divididas por esméctico s A, B, C… siguiendo un orden cronológico según su descubrimiento.
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-
Colestéricos
Los colestéricos, así como los nemáticos, presentan un orden posicional de largo alcance, pero sin embargo presentan un orden orientacional. Localmente los colestéricos se asemejan a los nemáticos, a diferencia con estos, es que su orden orientacional, es una escala mayor, varían siguiendo una conformación helicoidal.
Paso de rosca de los cristales colestéricos
La mesofase colestérica está típicamente compuesta por capas de cristal líquido en fase nemática conteniendo un centro quiral que produce fuerzas intermoleculares que favorecen el alineamiento entre moléculas con una diferencia angular entre las dos capas; esto lleva a la formación de una estructura que puede ser visualizada como un apilamiento de capas nemáticas con un vector director de cada capa girando respecto a las capas de arriba abajo. Esta estructura, y su vector director forma un plano helicoidal continuo. La distancia entre las capa que giran en 360o corresponden al paso de una estructura periódica.
Estructura de la mesofase colestérica
Existe una relación entre la fase nemática y la colestérica, se expresa por el hecho de que si un campo eléctrico o magnético es aplicado a los colestéricos, la estructura helicoidal se rompe dando lugar a la fase nemática. Por otro lado, también es posible a través de la interacción con las superficies de confinamiento imponer una estructura a los cristales líquidos nemáticos.
La estructura helicoidal de los colestéricos es la razón de algunas propiedades ópticas apenas encontradas en estos materiales, como por ejemplo, actividad óptica y selectividad a través de la reflexión de la luz circularmente polarizada. Estructura de la
mesofase colestérica
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Propiedades más relevantes
Propiedades generales -
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Los cristales líquidos es una fase de la materia que se encuentra entre la fase sólida y la fase líquida, teniendo propiedades físicas de los dos materiales Los cristales líquidos combinan la fluidez de los líquidos con la anisotropía de los sólidos. Los cristales líquidos son anisótropos por la manera que sus moléculas tienen de ordenarse No tienen forma definida, por lo que toman la forma del recipiente que los contiene Presentan propiedades ópticas que se parecen a las de los cristales. Más abajo se explican dichas propiedades Responden fácilmente a los campos eléctricos tal y cómo se explica en los puntos siguientes (ferroelectricidad) La viscosidad de los cristales líquidos no es la misma en todas direcciones como las de un líquido normal (los líquidos isótropos), debido a la estructura que presentan sus moléculas Los cristales líquidos se convierten en líquidos isótropos cuando se calientan por encima de la temperatura de transición, ya que entonces las moléculas tienen la capacidad para superar fuerzas que limitan su movimiento Los cristales líquidos presentan altas temperaturas de transición de fase gracias a su gran anisotropía molecular. Por ello los puntos de fusión son muy elevados, siendo el más bajo de 107 ºC y el más elevado de 213 ºC. Las altas temperaturas de fusión y descomposición indican que existen interacciones fuertes entre moléculas, tanto en estado sólido como en la mesofase
Efecto electroclínico en cristales líquidos
El efecto electroclínico está aplicado a las celdas de un cristal líquido quiral alineadas homeotropicamente y consiste en la inducción de una inclinación molecular cuando el material está sujeto a la acción de un campo eléctrico externo paralelo a los planos esmécticos. Éste efecto tiene como principal aplicación en moduladores electroópticos.
Ferroelectricidad en cristales líquidos
El concepto de ferroelectricidad está asociado a la presencia de polarización en un material después de retirar el campo eléctrico y puede explicarse en términos de un alineamiento residual de los dipolos moleculares permanentes. Se puede explicar el comportamiento ferroeléctrico describiendo el efecto de un campo eléctrico sobre la polarización.
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: Representación del efecto de un campo eléctrico sobre la polarización de un sólido
En cristales líquidos, el comportamiento ferroeléctrico, se presenta solo en el caso de que las mesofases de los mismos, se encuentren inclinadas. De cualquier otra manera, carecen de un ordenamiento polar normal al director. La ferroelectridad se puede presentar tanto en sistemas con distinta mesofase: tanto termótropos, como liótropos. Sin embargo, el estudio de la ferroelectricidad en liótropos está prácticamente empezando y es en sistemas termótropos donde en poco más de quince años se ha conseguido un desarrollo extraordinario por sus posibles aplicaciones. En posteriores apartados comentados. Si atendemos a sistemas termótropos, con mesofase esméctica, se obtienen dos tipos de compuestos. En primer lugar, se obtiene que en las mesofases esmécticas fluidas, la quiralidad molecular provoca la formación de una estructura helicoidal macroscópica, que no posee la propiedad ferroeléctrica. Por otro lado en las mesofases esmécticas cristalinas no aparece dicho alineamiento helicoidal, sino una ordenación posicional y orientacional de amplio rango que es la responsable de sus propiedades ferroeléctricas. En la siguiente figura se muestra la diferente ordenación de ambos compuestos.
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Por último, el comportamiento ferroeléctrico depende de la temperatura, de ésta manera por encima de una temperatura crítica (temperatura de Curie), característica de cada material, éste comportamiento se pierde.
Ferroelectricidad en mesofases de variedad helicoidal
A continuación se explicará con más detalle la variedad helicoidal de las mesofase de algunos cristales líquidos ya que es hasta el momento la que encuentra mayor aplicabilidad y la más fácilmente obtenible. En éste tipo de estructuras no existe ningún plano de simetría, ya que sus componentes carecen de él, y como consecuencia, también carece de centro de inversión. Ésta ausencia de centro de inversión hace que la estructura esté capacitada para la presencia de magnitudes vectoriales paralelas al elemento de simetría restante, el eje C 2, y entre ellas estará permitida la polarización espontánea, que es la causa del comportamiento ferroeléctrico de un material. Podrá presentarse el fenómeno de la polarización siempre que las moléculas tengan un momento dipolar importante dirigido perpendicularmente a su eje largo y estén obligadas a mantenerlos paralelos dentro de cada capa. La propia quiralidad molecular favorece ésta situación ya que por razones estéricas las moléculas se apilan siguiendo todas una misma orientación. El vector polarización espontánea, es paralelo a las capas y tiene la dirección del eje C2, por lo tanto, también gira formando una hélice cuyo eje es paralelo a la normal de las capas. Es decir, la polarización es una propiedad local de cada capa, resultando nula para el material en su conjunto pues en cada paso de hélice su valor se promedia a cero.
Ferrielectricidad y antiferroelectricidad de cristales líquidos
Si se considera una fase ferroeléctrica en un estado no helicoidal y se baja la temperatura, el orden molecular cambia, de manera que las moléculas en algunas capas se inclinan en la dirección opuesta, formándose una fase ferrieléctrica y su polarización disminuye de la ferroeléctrica.
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Si se aplica un enfriamiento mayor, la despolarización de la molécula es mayor y se produce el efecto antiferroeléctrico en el cuál hay igual número de capas con inclinación hacia la derecha y hacía la izquierda resultando una polarización neta nula.
Propiedades ópticas
Una característica muy importante de los cristales líquidos es su actividad óptica ya que las propiedades de dichos materiales permiten adaptarse a formas y espacios reducidos, sin embargo pueden actuar como polarizador obteniendo la luz polarizada que se quiera obtener, así por ejemplo: En un cristal líquido nemático sabemos que al aumentar la temperatura moderadamente las moléculas tienden a orientarse a lo largo de una misma dirección del eje L. Pero depende de muchas condiciones el hecho de que el vector L sea igual en cada punto del espacio, por eso es difícil exigir que el líquido tenga invariable la dirección L en cualquier lugar. En el cristal líquido nemático existen puntos donde al incidir la luz ésta sale refractada en todas direcciones formando una especie de estrella por eso posee la siguiente presencia de forma irregular, actuando como polarizador en todas direcciones:
Por otro lado, los cristales líquidos esmécticos, así por ejemplo en el esméctico A donde los ejes largos de las moléculas son rígidamente perpendiculares a los planos esmécticos la influencia débil de los salientes y los vástagos del contorno molecular, no puede hacer nada con la estructura del cristal líquido. Sin embargo el cristal esméctico C tiene un especial interés al poseer antípodas ópticas en distinta cantidad, cuyas moléculas poseen dipolos eléctricos constantes. Éste atrae precisamente la atención por el hecho de que en cada capa fina de éste un campo eléctrico puede hacer girar todos los dipolos a la vez, sin gastar la energía para su formación y puesta en orden. Es decir que un campo eléctrico débil puede dirigir fácilmente los ejes ópticos del esméctico C. Puede llegar un punto donde cada dipolo esté dispuesto en las capas formando en conjunto una espiral, si aplicamos un campo eléctrico paralelo al plano 10
esméctico “desenrolla” la espiral de los dipolos constantes el paso de espiral se hace más
grande cuanto más grande es el campo. Este cambio de espiral origina un cambio esencial de las propiedades ópticas del cristal líquido: desaparece la reflexión selectiva de la luz, la rotación gigantesca de la polarización de la luz; los rayos atraviesan de otro modo el esméctico y se desvían por él. Y por último en los cristales colestéricos pueden ser comparados ópticamente con el cuarzo teniendo un giro de polarización lineal de la luz parecido a este, teniendo el cuarzo un paso aproximado de 5,4 nm y el colestérico de unos centenares de nanómetros. Para fines científicos y prácticos hacen de las mezclas colestéricas con pasos muy grandes de espiral muy útiles. Así pues, sea que sobre la película del colestérico con un paso grande de la espiral incida perpendicularmente la luz. La luz estará polarizada a lo largo del eje óptico del colestérico sobre la superficie superior de la película de cristal. El fenómeno del giro de la polarización de la luz se denomina actividad óptica de la sustancia. Este fenómeno, tan extremadamente sensible a las variaciones de la sustancia y de la interacción de las moléculas, de qué modo cambia su arquitectura a causa de las reacciones químicas y polimerización. La actividad óptica se utiliza en diversos dispositivos ópticos (moduladores, interruptores, etc.) así como en calidad de un método muy preciso de determinación de los índices de refracción de diferentes rayos en medio dado.
Es muy importante la ordenación y dirección del eje óptico debido a que como hemos explicado antes según la posición podemos obtener la polarización obtenida. Si aplicamos un campo eléctrico este hace girar las moléculas alargadas y, a su vez, el eje L de manera que el vector L quede paralelo al campo eléctrico, o bien perpendicular al mismo. En las moléculas del nemático el dipolo surge con facilidad alrededor de todo eje largo y con dificultad alrededor del eje corto. Esto significa que la nube electrónica se desplaza fácilmente respecto al núcleo positivo a lo largo de la molécula y con gran dificultad transversalmente. Si el campo eléctrico y el eje L forman entre si un ángulo, solo el componente del campo eléctrico a lo largo del eje L separa las carga en la molécula. Supongamos que las cargas +Q y –Q se alejaron la una de la otra a lo largo de la molécula a cierta distancia. Pero en éste caso el campo eléctrico tiene que ejercer una influencia en cada carga por separado con la fuerza F=QE en la dirección del vector E sobre la carga positiva y con la fuerza igual en dirección contraria, es decir sobre la carga negativa. De esa manera se crean un par de fuerzas que crean el momento torsional. Este momento le hace sufrir desplazamiento a la molécula oblonga de tal manera que su eje largo quede orientado a lo largo del campo eléctrico.
Métodos de preparación En este apartado de síntesis se hablará, en primer lugar, de una forma más general del esquema general que suelen seguir todos los procesos de síntesis de cristales líquidos metalomesógenos, posteriormente centrándonos en algunos cristales líquidos comunes como suelen ser los complejos de Ag, Au y Pd. El esquema general que siguen todas las síntesis de complejos metalomesógenos:
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1. En primer lugar se sintetiza el ligando orgánico por separado a partir de unos precursores. 2. En segundo lugar se mezcla con el ácido de Lewis 3. Y como último paso se purifica el cristal líquido.
Síntesis del cristal líquido del Au
Los complejos de oro (I) que contienen un ligando aromático fluorado y un isonitrilo, forman parte de los pocos metalomesógenos basados en moléculas que contienen enlaces MC de tipo σ. Estos compuestos, en luga r de estar formados por dos ligandos aniónicos, combinan un ligando neutro (isonitrilo) con un aniónico (arilo aromático fluorado). El interés suscitado por los cristales líquidos con subestructuras aromáticas fluoradas es elevado, debido a que la fluoración de los convencionales cristales líquidos orgánicos produce un cambio importante en las temperaturas de fusión, viscosidad, anisotropía dieléctrica y estabilidad de la mesofase. Los ligandos fluorados (R) utilizados en la síntesis de estos productos suelen ser: R = -C5F4N, -C5F4py y –C6F5, y para la formación de los hipotéticos cristales líquidos de oro, se sigue el método de síntesis que se muestra a continuación:
Estas reacciones se llevan a cabo en dos etapas, la primera de las cuales consiste en la síntesis de los compuestos de oro (I) del tipo [AuR(tht)] siguiendo el método descrito por Usón y col. utilizado, por ejemplo, para la síntesis del compuesto [AuC6F5(tht)]. En la segunda etapa, el ligando lábil tht es fácilmente sustituido por el ligando isonitrilo CN-C 6H4-O-CO-C6H4-O-C10H21. Así, se prepara el derivado lítico RLi a -78ºC en éter (THF para L1) y se le añade la cantidad equimolar del precursor [AuCl(tht)] a la misma temperatura. Después de una hora de agitación, se deja que la solución de reacción alcance los 15ºC, e inmediatamente después, la mezcla se filtra para evitar la descomposición del compuesto de Au. Para separar los compuestos deseados, se procede a concentrar la solución filtrada y se añade hexano. A continuación, los compuestos de oro (I) se hacen reaccionar con el isonitrilo CN-C 6H4-O-COC6H4-O-C10H21, en cantidades equimolares y en diclorometano durante una hora
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aproximadamente. A continuación, se filtra la solución, se concentra a la mitad y se añade hexano para completar la precipitación del sólido deseado.
Síntesis del cristal líquido del Pd (II)
En primer lugar se preparan las iminas ortometaladas que se utilizarán como ligando se preparan por condensación directa de un aldehído con una amina, utilizando etanol absoluto como disolvente y ácido acético como catalizador. En segundo lugar se lleva a cabo la síntesis de los complejos dinucleares con puentes de acetato [Pd(µ-OAc)L]2. En una suspensión de Pd 3(OAc)6 en ácido acético glacial se añade la correspondiente base de Schiff y la mezcla se mantiene en un baño termostatizado a 50 oC durante 10-15h. Se deja enfriar y se filtra el precipitado (generalmente amarillo) impurificado con Pd. La purificación se lleva a cabo disolviendo el precipitado en CH 2Cl2 y filtrándolo a través de una capa de Kieselgur. Los complejos se cristalizan por evaporación del disolvente y adición de acetona. Obteniendo la siguiente molécula:
Síntesis del cristal líquido de Ag
Otro cristal líquido muy común y muy vistoso son los tiolatos de plata que se preparan del siguiente modo: A una solución de tiol correspondiente y trietilamina en acetonitrilo a temperatura ambiente agitada magnéticamente, se le añade una solución de AgNO 3 en el mismo disolvente a una velocidad de adición constante. Terminada la adición, se mantiene la agitación el tiempo necesario. El precipitado que resulta se filtra, se lava con acetonitrilo y se seca a vacío. Por precaución, el procedimiento de síntesis se lleva a cabo en ausencia de luz.
Técnicas de caracterización del sólido
Espectroscopia infrarroja
La espectroscopia infrarroja se fundamenta en la absorción de la radiación IR por las moléculas en vibración. Una molécula absorberá la energía de un haz de luz infrarroja cuando dicha energía incidente sea igual a la necesaria para que se dé una transición vibracional de la molécula. Es decir, la molécula comienza a vibrar de una determinada manera gracias a la energía que se le suministra mediante luz infrarroja.
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Esquema de las vibraciones en espectroscopia
Pueden distinguirse dos categorías básicas de vibraciones: de tensión y de flexión. Las vibraciones de tensión son cambios en la distancia interatómica a lo largo del eje del enlace entre dos átomos. Las vibraciones de flexión están originadas por cambios en el ángulo que forman dos enlaces. En la siguiente figura se representan los diferentes tipos de vibraciones moleculares. En principio, cada molécula presenta un espectro IR característico (huella dactilar), debido a que todas las moléculas (excepto las especies diatómicas homonucleares como O 2 y Br2) tienen algunas vibraciones que, al activarse, provocan la absorción de una determinada longitud de onda en la zona del espectro electromagnético correspondiente al infrarrojo. De esta forma, analizando cuales son las longitudes de onda que absorbe una sustancia en la zona del infrarrojo, podemos obtener información acerca de las moléculas que componen dicha sustancia.
Espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) es una técnica empleada principalmente en la elucidación de estructuras moleculares, aunque también se puede emplear con fines cuantitativos.
Esquema de resonancia magnética nuclear
Algunos núcleos atómicos sometidos a un campo magnético externo absorben radiación electromagnética en la región de las frecuencias de radio o radiofrecuencias. Como la
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frecuencia exacta de esta absorción depende del entorno de estos núcleos, se puede emplear para determinar la estructura de la molécula en donde se encuentran éstos. Se prefieren los núcleos de número cuántico de espín nuclear igual a 1/2, ya que carecen de un momento cuadrupolar eléctrico que produce un ensanchamiento de las señales de RMN. También es mejor que el isótopo sea abundante en la naturaleza, ya que la intensidad de la señal dependerá de la concentración de esos núcleos activos. Por eso, uno de los más útiles en la elucidación de estructuras es el 1H, dando lugar a la espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protón. También es importante en química orgánica el 13C, aunque se trata de un núcleo poco abundante y poco sensible.
Difracción de rayos X
La Difracción de Rayos X está basada en las interferencias ópticas que se producen cuando una radiación monocromática atraviesa una rendija de espesor comparable a la longitud de onda de la radiación. Los Rayos X tienen longitudes de onda de Angstroms, del mismo orden que las distancias interatómicas de los componentes de las redes cristalinas. Al ser irradiados sobre la muestra a analizar, los Rayos X se difractan con ángulos que dependen de las distancias interatómicas. El método analítico del Polvo al Azar o de Debye-Scherrer consiste en irradiar con Rayos X sobre una muestra formada por multitud de cristales colocados al azar en todas las direcciones posibles. Para ello es aplicable la Ley de Bragg: nλ = 2d . senθ, en la que “d” es la distancia
entre los planos interatómicos que producen la difracción.
Aplicaciones
Dispositivos electroópticos y dispositivos de almacenamiento digital
Todas las mesofases ferroeléctricas pueden ser utilizadas en dispositivos ópticos (de aplicación electrónica y microelectrónica), pantallas (buena continuidad de imagen), pantallas en color, etc. A causa de sus diferentes estructuras se utilizan con diferentes fines. Por ejemplo, los ferroeléctricos de fases más ordenadas son adecuados para medios de almacenaje de información ya que se reorientan lentamente en presencia de un campo eléctrico, al contrario que las fases más fluidas que son utilizadas en dispositivos de encendido rápido. Otro tipo de materiales con aplicaciones interesantes son los polímeros ferroeléctricos puesto que para determinados propósitos es conveniente o necesario que la orientación del grupo polar ocurra en un “sólido” mejor que en un líquido.
Sensores o métodos de detección
La estructura ópticamente activa y con capacidades rotatorias de los cristales líquidos colestéricos ofrecen una amplía rama de aplicaciones. Así, la temperatura, la presión, los campos eléctricos y los campos magnéticos, trazas de impureza … influyen en el paso de hélice y por tanto dan lugar a cambios de color.
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Estas propiedades se aplican directamente en muchos ámbitos de la sociedad y su utilización se debe sobre todo a la detección de diferentes propiedades físicas. Los tipos de detectores más utilizados son: detectores de contaminación y detectores de presión y temperatura.
Cosmética
También el mundo de la cosmética se ha visto influenciado por los cristales líquidos. Al igual que las membranas celulares, formadas por cristales líquidos, el objetivo de la cosmética es formar liposomas, es decir una esfera hueca donde la superficie está formada por fosfolípidos u otros derivados lipídicos, al igual que algunos órganos celulares. Éstas esferas pueden almacenar en su interior principios activos que pueden ir soltando poco a poco.
Bibliografía -
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