Cosa sia un liquido, fin da prima di nascere, lo abbiamo imparato dall’acqua, in cui ancora ci immergiamo e nuotiamo, che beviamo e da cui veniamo bagnati. Osservando l’acqua, la seguiamo quotidianamente attraversare anche gli altri due stati della materia: gassoso e cristallino. La vediamo evaporare quando osserviamo che gli oggetti bagnati si asciugano sotto il sole, o vicino ad altre fonti di calore. E, quando la portiamo a temperature sufficientemente basse, la vediamo solidificarsi in cristalli più o meno compatti.
Vediamo sciogliersi e solidificarsi anche altre sostanze che, come l’acqua, normalmente si trovano in uno soltanto degli stati della materia. Ci hanno spiegato che tutti questi cambiamenti dipendono da come si legano tra di loro le molecole di cui sono formate le sostanze, e che questi legami vengono modificati dal calore. Con l’innalzarsi della temperatura i legami diventano meno forti e le molecole sono più libere di muoversi le une rispetto alle altre. Questi passaggi avvengono in punti precisi, caratteristici di ogni sostanza.
Le immagini che mostriamo in questo numero ci rivelano la microstruttura di sostanze che sembrano invece contraddire questa regolarità, perché si trovano a metà strada tra uno stato e l’altro.
La denominazione di cristalli liquidi risale al biologo austriaco Friedrich Reinitzer che, attorno al 1888, scoprì questa nuova fase della materia. Mentre studiava come reagiva all’innalzamento della temperatura una sostanza derivata dal colesterolo, Reinitzer si accorse che la sostanza aveva due distinti punti di fusione, dalla fase solida non passava cioè direttamente alla fase liquida ma, a una certa temperatura, entrava in una mesofase, in cui, come capiamo oggi, le molecole  non erano né completamente fisse le une rispetto alle altre (come accade nella fase cristallina), né ancora completamente libere di orientarsi in tutte le direzioni (come nella fase liquida). La scoperta dei cristalli liquidi è stata confermata grazie a uno speciale microscopio (di cui abbiamo già parlato nell’ottobre 2003) costruito dal fisico tedesco Otto Lehmann, scienziato che Friedrich Reinitzer aveva coinvolto nello studio dei fenomeni osservati.
Oltre a disporre di uno strumento che permetteva di variare la temperatura del campione, il microscopio di Lehmann era anche dotato di un dispositivo in grado di filtrare la luce attraverso due filtri polarizzatori.
Negli anni che seguirono, molte altre scoperte hanno confermato l’importanza dei cristalli liquidi in natura. Negli ultimi decenni, l’impiego di queste sostanze ha avuto un enorme sviluppo anche in vari campi dell’industria e della tecnologia. Tanto che oggi ci siamo così abituati a questa espressione da non accorgersi nemmeno che si tratta di una specie di ossimoro.
I cristalli liquidi si formano perché gli atomi di carbonio e di idrogeno, che costituiscono l’ossatura delle molecole organiche, in determinate condizioni chimico-fisiche si dispongono in modo da formare delle unità dotate di una certa simmetria (bastoncelli, prismi, dischi, coni) che si allineano con diversi gradi di libertà e che vengono chiamati in modo diverso a seconda della struttura delle molecole e del modo in cui queste si dispongono le une rispetto alle altre dando luogo a differenti fantasmagorici disegni, come quelli di queste microfotografie.

Le immagini mostrano due diversi esempi di mesofase “nematica”. Vengono così chiamate (da una radice indoeuropea che significa “filo”) le mesofasi in cui le molecole, di forma allungata e di una lunghezza media di circa 2 nm, si allineano come un banco di pesci: lungo direttrici parallele, ma senza mantenere righe o colonne. Le fotografie sono state realizzate con un microscopio a luce polarizzata nel laboratorio diretto da Oleg Lavrentovich, la Liquid Crystal Institute’s Facility for Materials and Surface Characterization alla Kent State University (Ohio, USA).

2013-09-03T10:38:05+00:00mercoledì 1 settembre 2010|Categories: cartoline dalla scienza|Tags: , , , |

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