Курс общей физики. Механика и молекулярная физика - Ландау Л.Д.
Скачать (прямая ссылка):
При достаточно низких температурах атомы кислорода выбирают для себя вполне определенные места (фактически дело обстоит так, что в каждом слое все группы NO3 имеют одинаковую ориентацию, причем слои с ориентацией а чередуются со слоями типа б). Такой кристалл называют вполне упорядоченным.
При повышении температуры, однако, упорядоченное расположение атомов нарушается: наряду с группами NO3,
О
О
о
; а)
...О, О
О
о
ON .0 Рис. 15.
"О'
О
6)
xZn OCu
Рис. 16.
занимающими правильное («свое») положение, появляются группы с неправильной («чужой») ориентацией.
По мере понижения «степени упорядоченности», т. е. по мере увеличения доли «неправильно» ориентированных NO3, наступает, в конце концов, момент (при температуре 275° С), когда «свои» и «чужие» ориентации полностью перемешиваются: каждая из групп NO3 может с равной вероятностью оказаться в том или другом положении. В таком состоянии кристалл называют неупорядоченным. Все слои NO3 становятся при этом кристаллографически эквивалентными, т. е. происходит изменение (повышение) симметрии кристалла.
Явления упорядоченности кристаллов очень распространены в сплавах. Так, кристаллы латуни (сплав CuZn) имеют при низких температурах кубическую решетку с атомами Cu в вершинах и атомами Zn в центрах кубических ячеек (рис. 16, а). Такая структура соответствует вполне упорядоченному кристаллу. Однако атомы Cu и Zn могут меняться местами; в этом смысле можно сказать, что и в этом крис- § 76]
ЖИДКИЕ КРИСТАЛЛЫ
247
талле число мест, допустимых для каждого рода атомов, превышает число этих атомов. По мере повышения температуры число «неправильно» расположенных атомов возрастает, и при 450° С наступает полный беспорядок — в каждом узле решетки можно с равной вероятностью найти атом Cu или атом Zn, так что все узлы становятся эквивалентными (рис. 16, б). В этот момент, очевидно, симметрия кристалла меняется: его решетка Браве из простой кубической становится объемноцентрированной.
В обоих описанных примерах переход в неупорядоченное состояние происходит путем фазового перехода второго рода. Степень упорядоченности убывает непрерывно, пока при определенной температуре не исчезает вовсе,— это и есть точка перехода.
Такой способ перехода в неупорядоченное состояние, однако, не является общим правилом; он может осуществляться и как обычный, скачкообразный, фазовый переход. В таких случаях упорядоченное расположение атомов в кристалле при повышении температуры нарушается сначала лишь в сравнительно небольшой степени, а при определенной температуре кристалл скачком переходит в неупорядоченное состояние, с полностью перемешанными атомами. Таков, например, переход при 390° С в сплаве Cu3Au. В его неупорядоченной фазе атомы Cu и Au перемешаны по всем узлам гранецентрированной кубической решетки; в упорядоченном же кристалле атомы Au занимают положения в вершинах, а атомы Cu — в центрах граней кубических ячеек.
§ 76. Жидкие кристаллы
Кроме анизотропного кристаллического и изотропного жидкого состояний, вещество может находиться еще в одном своеобразном состоянии, которое называют жидкокристаллическим. По своим механическим свойствам вещества в этом состоянии похожи на обычную жидкость: они текучи, причем среди жидких кристаллов встречаются как вещества легко подвижные (маловязкие), так и менее подвижные (с большой вязкостью). В то же время эти жидкости отличаются от обычных своей анизотропией, которая наиболее заметным образом проявляется в оптических свойствах. 248
ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ
[ГЛ. .IX
Жидкокристаллическое состояние наблюдается у многих сложных органических веществ с большими молекулами, обычно имеющими удлиненную форму. Оно встречается не так уж редко; грубо говоря, каждое двухсотое сложное органическое вещество образует жидкие кристаллы.
Физическая природа жидкокристаллического состояния заключается, по-видимому, в следующем. В обычной жидкости взаимное расположение и взаимная ориентация молекул совершенно хаотичны; другими словами, в своем тепловом движении молекулы жидкости совершают как хаотические поступательные перемещения, так и хаотическое вращение. В жидком же кристалле молекулы хотя и расположены как целое в пространстве беспорядочным образом, но их взаимная ориентация упорядочена. Другими словами, хаотично лишь тепловое поступательное перемещение молекул, но не их вращение. Наиболее простой пример такой структуры можно представить себе как жидкость из молекул палочкообразной формы, которые могут произвольным образом перемещаться друг относительно друга, оставаясь, однако, параллельными друг другу. Возможность незатрудненного поступательного смещения молекул обусловливает жидкостные свойства вещества — его текучесть. Упорядоченная же ориентация молекул приводит к анизотропии вещества. Так, например, ясно, что свойства вещества в направлении ориентации палочкообразных молекул будут совершенно отличны от его свойств в других направлениях.
Обычно вещество в жидкокристаллическом состоянии не является «монокристаллом», а представляет собой «поликристаллический» агрегат, состоящий из большого числа ка-пелькообразных жидких кристалликов, различным образом ориентированных друг относительно друга. По этой причине жидкокристаллическое вещество выглядит обычно как мутная жидкость: это происходит от беспорядочного рассеяния света на границах между различными капельками. С помощью сильного электрического или магнитного поля в некоторых случаях можно добиться того, что все капельки приобретут одинаковую ориентацию. При этом получается почти прозрачный жидкий «монокристалл».
