Номер 14, страница 84 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 2. Химическая связь и строение вещества. Параграф 11. Агрегатные состояния веществ и фазовые переходы - номер 14, страница 84.

Условие.

14. Подготовьте сообщение на тему «Химия, физика и жидкие кристаллы в повседневной жизни».

Решение.

Решение 2.

Решение

Жидкие кристаллы (ЖК) — это уникальное состояние вещества, которое сочетает в себе свойства как жидкости (текучесть), так и твердого кристалла (упорядоченность в расположении молекул). Это промежуточное, или мезоморфное, состояние делает их чрезвычайно полезными в различных технологиях. Рассмотрим, как химия и физика определяют их свойства и применение в нашей повседневной жизни.

Химия

В основе жидких кристаллов лежат органические молекулы специфической формы. Чаще всего они имеют вытянутую, палочкообразную (каламатики) или дискообразную (дискотики) структуру. Химики синтезируют эти сложные соединения, целенаправленно создавая вещества с нужными свойствами. Например, для работы дисплеев нужны жидкие кристаллы, которые находятся в жидкокристаллической фазе в широком диапазоне температур (от отрицательных до высоких), обладают химической стабильностью и нужными оптическими и электрическими характеристиками. Типичный представитель — молекулы цианобифенилов. Путем изменения химической структуры молекул (добавления различных функциональных групп, изменения длины) ученые могут точно настраивать такие параметры, как температура плавления, вязкость и анизотропия.

Ответ: Химия позволяет создавать молекулы жидких кристаллов с заранее заданными свойствами, необходимыми для конкретных технических применений.

Физика

Физические свойства жидких кристаллов обусловлены их упорядоченной, но подвижной структурой. Ключевыми являются:

1. Оптическая анизотропия. Это означает, что оптические свойства, в частности показатель преломления, зависят от направления. Для света, поляризованного параллельно длинным осям молекул, показатель преломления один ($n_e$), а для перпендикулярно поляризованного — другой ($n_o$). Это явление называется двойным лучепреломлением.
2. Электрическая анизотропия. Молекулы ЖК обладают дипольным моментом, что позволяет управлять их ориентацией с помощью внешнего электрического поля. При подаче напряжения молекулы выстраиваются вдоль силовых линий поля.

Именно сочетание этих двух свойств лежит в основе работы большинства устройств на жидких кристаллах. Управляя ориентацией молекул с помощью электрического поля, можно изменять их оптические свойства и, как следствие, управлять проходящим через них светом.

Ответ: Физика жидких кристаллов объясняет их уникальные оптические и электрические свойства, в первую очередь анизотропию, и способность реагировать на внешние поля, что является основой их применения.

Жидкие кристаллы в повседневной жизни

Благодаря уникальному сочетанию химических и физических свойств жидкие кристаллы прочно вошли в нашу жизнь.

• Жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи). Это самое известное применение. Экраны телевизоров, мониторов компьютеров, смартфонов, калькуляторов и цифровых часов работают на этом принципе. Ячейка дисплея состоит из слоя ЖК, заключенного между двумя поляризационными фильтрами. Прикладывая напряжение к отдельным участкам (пикселям), можно изменять ориентацию молекул ЖК и либо пропускать свет, либо блокировать его, формируя изображение.
• Термометры. Используются холестерические жидкие кристаллы, структура которых (шаг спирали) очень чувствительна к температуре. При изменении температуры меняется шаг спирали, что приводит к изменению длины волны отражаемого света. В результате мы видим изменение цвета. Такие термометры можно встретить в виде полосок для измерения температуры тела, в аквариумах или на индикаторах заряда батарей.
• «Умные» стекла (Smart Glass). В пленках PDLC (Polymer Dispersed Liquid Crystal) капли жидкого кристалла распределены в полимерной матрице. Без напряжения молекулы в каплях ориентированы хаотично, и свет, проходя через пленку, рассеивается — стекло выглядит матовым. При подаче напряжения молекулы выстраиваются по полю, и стекло становится прозрачным. Такие технологии применяются для создания переключаемых перегородок в офисах и окнах.
• Косметика. В кремах и лосьонах используются жидкокристаллические эмульсии. Их слоистая структура похожа на липидный барьер кожи, что помогает удерживать влагу и доставлять активные компоненты в глубокие слои эпидермиса.

Ответ: Жидкие кристаллы повсеместно используются в повседневной жизни, от экранов электронных устройств и медицинских термометров до «умных» окон и косметических средств.