ההבדל העיקרי בין גבישים נוזליים נמטיים וגבישים נוזליים כולסטריים הוא המבנה שלהם. לגבישים נוזליים נמטיים אין מבנה מסודר של מולקולות, ולגבישים נוזליים סמקטיים יש מבנה מולקולרי שכבות, בעוד שלגבישים נוזליים כולסטריים יש את המולקולות בסידור מעוות וכירלי.
ניתן להגדיר את המונח גבישים נוזליים כשלב של חומר בעל תכונות בין התכונות של נוזלים רגילים וגבישים מוצקים. לדוגמה, גביש נוזלי יכול לזרום כמו נוזל, אך המולקולות של הגביש הנוזלי נוטות להיות מכוונות בטבע דמוי גביש.ישנם שלושה שלבים עיקריים שבהם הגבישים הנוזליים עשויים להתרחש: גבישים נוזליים תרמוטרופיים, גבישים נוזליים ליוטרופיים וגבישים נוזליים מטלוטרופיים. ישנם מספר סוגים של גבישים נוזליים תרמוטרופיים גם כן. סוגים אלה כוללים גבישים נמטיים, גבישים סמטיים, פאזה כיראלית או נמטיקה מעוותת, פאזה דיסקוטית ופאזות חרוטיות.
מהם גבישים נוזליים נמטיים?
גבישים נוזליים נמטיים הם אחד הסוגים הנפוצים ביותר של גבישים נוזליים. המונח "נמטי" מגיע ממקור יווני שבו יש לו את המשמעות "חוט". הסיבה לכך היא שהמונח הזה מקורו בפגמים הטופולוגיים המופיעים כחוטים. בדרך כלל, פגמים טופולוגיים אלה בנמטיקה נקראים דיסקלינציות. יתר על כן, נמטיקה נוטה להפגין סוג של פגם המכונה פגמים טופולוגיים של "קיפוד".
בדרך כלל, לשלב הנמטי יש מולקולות אורגניות קלמיות או בצורת מוט שאין להן סדר מיקום. אבל מולקולות אלה נוטות להתיישר בעצמן כדי לקבל סדר כיווני ארוך טווח עם צירים ארוכים המקבילים זה לזה בערך.לכן, המולקולות בשלב זה חופשיות לזרום, ומרכז המסה של מולקולות אלו נוטה להתפזר באופן אקראי, בדומה לנוזל. עם זאת, מולקולות אלו נוטות לשמור על סדר הכיוונים לטווח ארוך בדומה לשלב מוצק.
לרוב, שלבים נמטיים הם חד-ציריים. זה אומר שלמולקולות האלה יש ציר אחד (שהוא נקרא "כיוון") שהוא ארוך. זהו הציר המועדף, ושני הצירים האחרים שווים זה לזה, ונוכל להעריך אותם כגלילים או מוטות. יתר על כן, יכולות להיות נמטיות דו-ציריות שלא רק שהכיוון דומה בציר הארוך שלהן, אלא גם שהן נוטות להתמצא לאורך ציר משני.
המולקולות של הפאזה הנמטית מראות נזילות הדומה לנזילות בנוזל איזוטרופי רגיל. עם זאת, אנו יכולים בקלות ליישר את המולקולות בשלב זה באמצעות יישום של שדה מגנטי או חשמלי חיצוני. כאשר מולקולות אלו מיושרות לסדר, הפאזה הנמטית מציגה תכונות אופטיות של גבישים חד-ציריים, ולכן, שלבים אלו שימושיים מאוד בתצוגות גבישים נוזליים.
מהם גבישים נוזליים של Smectic?
גבישים נוזליים סמקטיים הם סוג של גבישים נוזליים שיש להם שכבות מוגדרות היטב של מולקולות המסוגלות להחליק אחת על השנייה. התנהגות זו דומה לאפקטי ההחלקה שמעניק סבון. יתר על כן, גבישים נוזליים סמקטיים מתרחשים בטמפרטורות נמוכות מזו של הגבישים הנוזליים הנמטיים. מקור המונח smectic מהמילה הלטינית "smectius" שפירושה "ניקוי"; במילים אחרות, זה אומר נוכחות של מאפיינים דמויי סבון. לכן, השלב הסמטי ממוקם בסדר לאורך כיוון אחד.
איור 01: שלב סמקטי A בשלב שמאל ושלב C סמקטי בימין
אנו יכולים לראות שני שלבים סמקטיים שונים כמו שלב A סמקטי ושלב C סמקטי. לשלב ה-Smectic A יש את המולקולות מכוונות יחד עם השכבה הרגילה, ואילו ל-Smectic C המולקולות שלו מוטות ממנה.יתר על כן, סוג זה של פאזה מופיע כנוזל בתוך השכבות. עם זאת, יכולים להיות סוגים רבים ושונים של שלבים סמקטיים השונים זה מזה בהתאם לסוג ומידת הסדר המיקום והכיוון.
מהם גבישים נוזליים כולסטרים?
גבישים נוזליים כולסטריים הם סוג של גבישים נוזליים העשויים רק ממולקולות כיראליות. סוג זה של שלב מראה כיראליות. לעתים קרובות אנו קוראים לשלב זה שלב כיראלי או שלב נמטי מעוות בשל הכירליות שלו. המונח כולסטרוי מגיע מהתצפית הראשונה שלו, כאשר שלב זה של החומר הופיע לראשונה בנגזרות של כולסטרול. אנו יכולים לצפות בסוג זה של פאזה המציג פיתול של המולקולות, אשר מאונכות לבמאי כאשר הציר המולקולרי מקביל לבמאי.
איור 02: שלב כולסטרי
יש זווית פיתול סופית בין המולקולות הסמוכות בשלב זה בגלל האריזה האסימטרית של המולקולות. סוג זה של אריזה גורם לסדר כירלי לטווח ארוך יותר. בדרך כלל, אנו מגדירים גובה כיראלי או "p" לגבי המאפיינים של גבישים נוזליים כולסטריים כאשר זה מתייחס למרחק שבו מולקולות הגביש הנוזלי עוברות פיתול מעגל מלא (פיתול של 360 מעלות).
מה ההבדל בין גבישים נוזליים נמטיים לכולסטרים?
שלבים נמטיים, סמטיים וכולסטריים הם שלושה שלבים שונים של חומר הנמצאים תחת גבישים נוזליים תרמוטרופיים. ההבדל העיקרי בין גבישים נוזליים נמטיים לבין גבישים נוזליים נמטיים הוא שלגבישים נוזליים נמטיים אין מבנה מסודר של מולקולות, ולגבישים נוזליים סמקטיים יש מבנה מולקולרי שכבות, בעוד שלגבישים נוזליים כולסטריים יש מולקולות בסידור מעוות וכירלי.
להלן סיכום ההבדל בין גבישים נוזליים נמטיים וגבישים נוזליים כולסטריים בצורת טבלאות.
סיכום – נמטי סמקטיקה לעומת גבישים נוזליים כולסטרים
שלבים נמטיים, סמטיים וכולסטריים הם שלושה שלבים שונים של חומר הנמצאים תחת גבישים נוזליים תרמוטרופיים. ההבדל העיקרי בין גבישים נוזליים נמטיים, סמקטיים וכולסטריים הוא שלגבישים נוזליים נמטיים אין מבנה מסודר של מולקולות, ולגבישים נוזליים סמקטיים יש מבנה מולקולרי שכבות, בעוד שלגבישים נוזליים כולסטריים יש את המולקולות בסידור מעוות וכירלי.
