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Mayo de 2004 Página 1 de 2

Los cristales líquidos y sus propiedades desbordantes

Los cristales líquidos no son materiales estructurales sino funcionales, y su utilidad reside en sus propiedades químicas, magnéticas, ópticas y electrónicas.

No se trata de materiales estructurales, sino de materiales funcionales, y su utilidad reside no tanto en sus propiedades mecánicas, como en sus propiedades químicas, magnéticas, ópticas o electrónicas. Uno de estos materiales especiales son los denominados cristales líquidos que existen tanto como compuestos de bajo peso molecular, y también como polímeros y elastómeros. El presente artículo pretende describir esta clase de sustancias, y sus propiedades y aplicaciones más interesantes.

Cristales líquidos de bajo peso molecular
La gran mayoría de los compuestos de nuestra vida cotidiana existe en tres estados, como gas, líquido o cristal. En el estado cristalino las moléculas que constituyen el material están altamente ordenadas y las propiedades físicas son anisótropas (griego: tropos= dirección, iso= igual, aniso= desigual), o sea diferentes en las tres dimensiones del espacio. Al subir la temperatura la energía térmica de las moléculas aumenta, el cristal funde y se obtiene un líquido en el que las moléculas ya no están ordenadas y las propiedades físicas del material son isótropas, o sea, idénticas, independientes de la dirección en la que se mida.

Por otro lado existen sustancias, donde la fusión del sólido cristalino a líquido no ocurre de golpe sino en dos o más pasos. En 1888, el botánico Reinitzer fue el primero que descubrió este fenómeno cuando observó que el benzoato de colesterol, al calentarlo se fundió a 145,5 °C, pero quedó opaco. Solo a 178.5ºC se volvió completamente transparente. Entre 145,5 °C y 178,5 °C la muestra tenía las propiedades viscosas de los líquidos y adicionalmente las propiedades refractantes que son típicas para los cristales. Por esta razón se llamó las sustancias que pueden formar este tipo de mesofases (griego: fase intermedia) cristales líquidos. Y como esta clase de cristales-líquidos se observa en función de la temperatura se habla de cristales-líquidos termótropos.  La segunda familia dentro de los cristales líquidos se llaman cristales líquidos liótropos. En este caso se generan mesofases por mezclar moléculas mesógenos con un disolvente. Las diferentes mesofases se producen entonces por variación de la composición de la mezcla.

Para que un compuesto pueda existir en un estado cristal líquido sus moléculas tienen que tener una estructura anisométrica, o sea deben tener una forma no esférica, como pueden ser varillas o discos. Estas piezas elementales, como son las responsables para la formación de una mesofase se llaman mesógenos (griego: formador de mesofase). Normalmente se trata de varillas rígidas. Para construir químicamente una molécula con una forma de una varilla se conecta dos grupos voluminosos como por ejemplo grupos fenilo, bifenilo o ciclohexilo a través de un grupo lineal e inflexible como son los grupos éster, amida, azo, C=C doble o C≡C triple enlaces, etc. (esquema 1)

Según el tipo de la parte rígida y los restos R de la molécula y las interacciones que son posibles entre los mesógenos se pueden formar fases cristales líquidos diferentes. Principalmente se distinguen dos tipos de mesofase: la fase nemática y la fase esméctica.

Mientras un cristal se caracteriza por un orden tridimensional con respecto a la posición y orientación de las moléculas en la fase nemática las moléculas solo están ordenadas con respecto a su orientación. Por otro lado, en una fase esméctica existe, a parte del orden orientativo además un orden posicional en una o dos dimensiones. De esta manera se forman capas en las que los mesógenos están orientados. Las interacciones entre capas diferentes son débiles lo cual permite cierta movilidad y provoca así una viscosidad relativamente baja de la fase. Según la orientación y posición de las moléculas en las capas se puede distinguir además diferentes tipos de fases esmécticas. Si los mesógenos están posicionados perpendicular y estadísticamente en las capas se habla de una fase esméctica A, si los mesógenos se encuentran perpendicularmente a las capas pero con un orden hexagonal entre ellos, se trata de una fase esméctica B. Las moléculas también pueden estar inclinadas dentro de las capas. En estos casos se habla de una fase esméctica C y E, respectivamente (esquema 2).

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