Descoberta dos Cristais Líquidos       Aplicações

    Os cristais líquidos pertencem a um estado da matéria chamado líquido cristalino ou mesomórfico (do grego Mesos Morphe = entre dois estados). Possuem simultaneamente algumas propriedades similares ao estado sólido cristalino e outras que se assemelham ao estado líquido.

    Nos sólidos cristalinos as moléculas estão dispostas de modo altamente ordenado, estando ligadas entre si tomando certa forma geométrica (cúbica, hexagonal,...) que se repete, formando uma cadeia cristalina. Você saberia dar exemplos de sólidos cristalinos?

    Já nos líquidos comuns as moléculas estão dispostas desordenadamente.

Isto pode ser visto na ilustração abaixo:

(Figura adaptada do artigo "Cristais Líquidos: um sistema complexo de simples aplicações” do professor Ivan Helmuth Bechtold)

    Os sólidos e os líquidos apresentam comportamentos bem diferentes. Na tabela a seguir segue um breve resumo destes dois estados da matéria.

Sólido

Líquido

Suas moléculas estão fortemente ligadas e bem próximas, mantendo sua orientação e sempre a mesma posição em relação uma às outras. Por isso os sólidos têm forma e volume definidos, e não fluem quando submetidos à ação de uma força externa.

Suas moléculas não estão tão ligadas e nem tão próximas umas das outras como no caso dos sólidos, mas ainda existe uma força de atração entre elas,a qual não permite que as moléculas do líquido se separem completamente. Suas moléculas podem se mover, mas não livremente, por isso, os líquidos têm volume defnido, mas, não têm forma definida.Os líquidos escoam, fluem, quando submetidos a uma força externa.

    Então como uma substância pode ter características tanto de líquidos quanto de sólidos? Quais características que os cristais líquidos têm em comum com os líquidos? E quais têm em comum com os sólidos?



    As moléculas dos cristais líquidos, diferentemente dos líquidos comuns, dispõem-se de forma ordenada, como no estado sólido, mas essa ordem molecular não é tão perfeita quanto aquela encontrada nos sólidos cristalinos. Os cristais líquidos também apresentam anisotropia (suas propriedades variam com a direção) como os sólidos.

    A principal propriedade que os cristais líquidos dividem com os líquidos comuns, e que os diferencia dos sólidos, é a capacidade de fluir, de escoar, quando submetidos à ação de uma força tangencial.

    Então, resumidamente: Um cristal líquido possui algumas propriedades de um líquido, como por exemplo, não suportar a ação de forças externas tangenciais, tomar a forma de seu recipiente, escoar, etc.; mas possui também propriedades geralmente reservadas aos sólidos cristalinos, como por exemplo, suas moléculas dispõem-se de forma ordenada e anisotropia . As moléculas dos cristais líquidos tendem a manter as suas orientações e estão dispostas de forma ordenada (como no estado sólido cristalino), apesar de também poderem se mover para posições diferentes (como no estado líquido).

    Na maior parte os cristais líquidos são constituídos por moléculas orgânicas anisométricas( cujas propriedades variam com a direção). Essas moléculas possuem dimensões bem maiores que as outras, podendo ter forma alongada ou de disco.

    Os cristais líquidos podem ser divididos em duas grandes famílias de acordo com a maneira que são formados:

•Termotrópicos (pode ser alcançado pelo aquecimento de um sólido cristalino ou resfriamento de um líquido isotrópico; depende da temperatura)
•Liotrópicos (pode ser alcançado ao dissolver um surfactante em um solvente, geralmente água; depende da concentração)

    Os cristais líquidos usados em eletrônica pertencem ao grupo dos termotrópicos, e os principais cristais líquidos deste grupo se classificam de acordo com suas propriedades estruturais e ordem molecular em três mesofases: esméticos ,nemáticos e colestéricos. Trataremos brevemente de cada um deles:

i)Esméticos: As moléculas encontram-se compactadas em camadas empilhadas umas sobre as outras. Elas dispõem-se em camadas paralelas de uma maneira muito ordenada, que lembra os sólidos cristalinos ( este tipo de cristal líquido é o mais parecido com o sólido, sendo turvo e viscoso). Dentro de cada camada, as moléculas se juntam de forma paralela entre si (ordem orientacional de longo alcance), com seus centros alinhados (ordem posicional ao longo de um dimensão).

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas na mesofase esmética - vistas de frente, visão bidimensional) (Figura retirada do artigo "Cristais Líquidos: um sistema complexo de simples aplicações” do professor Ivan Helmuth Bechtold)

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas na mesofase esmética - visão tridimensional) (Figura retirada do site: http://www.educacao publica.rj.gov.br/biblioteca/quimica/0001.html)

ii)Nemáticos: São os que têm menor ordem de nível molecular. Suas moléculas, que são alongadas, estão quase paralelas entre si (ordem orientacional de longo alcance), mas seus centros não se encontram alinhados (ordem posicional de curto alcance), não existindo camadas definidas. Este cristal líquido é normalmente menos viscoso que o esmético, mas ainda apresenta uma aparência turva. Suas propriedades ópticas mudam sob a ação de um campo elétrico.

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas na mesofase nemática - vistas de frente, visão bidimensional, n é a direção média das moléculas) (Figura retirada do artigo "Cristais Líquidos: um sistema complexo de simples aplicações” do professor Ivan Helmuth Bechtold)

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas na mesofase nemática - visão tridimensional) (Figura retirada do site: http://www.educacao publica.rj.gov.br/biblioteca/quimica/0001.html)

iii)Colestéricos:Apesar do colesterol não formar cristal líquido, alguns de seus derivados químicos o fazem e recebem essa denominação As moléculas dispõem-se em camadas, sendo que, dentro de cada uma dessas camadas, a estrutura é similar à dos cristais líquidos nemáticos. A direção média (direção n) das moléculas de uma camada está deslocada de certo ângulo em relação àquela das camadas vizinhas, de forma que essa direção varia periodicamente ao longo de um eixo perpendicular às camadas, ou seja, as moléculas se torcem ligeiramente a partir de uma camada até a próxima, resultando em uma espiral. Por isso, esta fase colestérica também é conhecida como nemática quiral ou nemática torcida.

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas nas diversas camadas da na mesofase colestérica) (Figura retirada do artigo "Cristais Líquidos: um sistema complexo de simples aplicações” do professor Ivan Helmuth Bechtold)

(Ilustração de como as moléculas estão dispostas na mesofase colestérica - visão tridimensional) (Figura retirada do site: http://www.educacao publica.rj.gov.br/biblioteca/quimica/0001.html)

    Devido esta estrutura em esperial,a propriedade óptica mais importante desta fase é a extraordinária capacidade de fazer girar o plano que a luz oscila (plano de polarização).No entanto,na presença de um campo elétrico, a estrutura deste cristal líquido é destruída, ou seja, suas moléculas ficam todas alinhadas, e ele perde esta capacidade de girar o plano de polarização da luz.

    A cor destes cristais depende de vários fatores, como o ângulo de incidência da luz, da temperatura, da presença de impurezas, etc.. Sua estrutura é alterada pela ação de campos elétricos intensos, sendo que suas propriedades ópticas também mudam sob a ação de um campo elétrico. Essas características fazem deste tipo de cristal líquido o mais empregado nos dispositivos eletrônicos como nas telas de calculadoras, relógios digitais, monitores de TV e computadores.


    A figura abaixo ilustra as três mesofases dos cristais líquidos.

(Figura retirada de uma aula em power point do professor Ivan Helmuth Bechtold)

Descoberta dos Cristais Líquidos?       Aplicações?

Se você quiser saber mais, segue abaixo as referências bibliográficas que utilizamos e alguns links interessantes:

*Revista Ciência Hoje, Vol. 43, abril de 2009, artigo “O estado líquido cristalino”, autor Ricardo C. Pasquali.

*Revista Brasileira de Ensino de Física, vol. 27, nº3, setembro de 2005, artigo “Cristais Líquidos: um sistema complexo de simples aplicações”, autor Ivan Helmuth Bechtold.

*http://www.ced.ufsc.br/men5185/trabalhos/04_cristal_liquido/

*http://www.educacaopublica.rj.gov.br/biblioteca/quimica/0001.html