Conclusion de Kevin Ariel Sanchez Yermo

Espero que pueda servir este blog para que se puedan enriquecer de conocimiento acerca de un nanomaterial que se ha vuelto importante para los humanos: los cristales liquidos pudiendo apreciar su origen, asi como sus usos entre otras cosas, ojala sea de utilidad para quimica como para la vida diaria.

TIPOS DE CRISTALES LIQUIDOS.

CRISTALES LÍQUIDOS. GENERALIDADES

     Los científicos han estudiado los tres estados de la materia durante doscientos años, pudiéndose considerar el estado líquido cristalino como el cuarto estado. Esta fase se puede conseguir en el laboratorio por calentamiento de ciertas moléculas o por mezcla de varios componentes.

     Cada sustancia posee fuerzas moleculares de algún tipo, siendo éstas diferentes en cada una de las fases de la materia, por lo que causan en cada caso una fase distinta estable a la misma temperatura.

     La palabra cambio de fase simboliza el paso de una fase a otra debido a un cambio de temperatura. Se dice entonces que una transición de fase ha ocurrido a esa temperatura. El cambio importante que tiene lugar en una transición es la cantidad de orden entre las moléculas de la sustancia.

TIPOS DE CRISTALES LÍQUIDOS

TERMOTRÓPICOS

     Los cristales líquidos termotrópicos están formados por una sustancia pura que en un intervalo de temperaturas presentan una mesofase. A temperaturas inferiores la muestra es sólida y a temperaturas superiores es un líquido isotrópico. Lo que caracteriza a este grupo son las moléculas alargadas. Estos cristales líquidos se pueden dividir en tres clases: nemáticos, esmécticos y colestéricos.

ESMÉCTICOS

     En un cristal líquido esméctico, las moléculas tienen una relativa libertad de traslación sobre los ejes X e Y de rotación sobre el eje Z. Las fuerzas laterales entre las moléculas de la fase esméctica son más fuertes que las fuerzas entre las capas y por eso es posible el deslizamiento de una capa sobre otra que proporciona la fluidez característica del sistema, sin perder el orden dentro de la capa.

COLESTÉRICOS

     La estructura colestérica-nemática fue observada por primera vez con ésteres colestéricos. Cualquier cristal líquido nemático común puede convertirse en uno colestérico añadiendo un componente ópticamente activo. En los últimos años se han encontrado moléculas que no son ésteres, que son activas ópticamente y que muestran estructura colestérica-nemática. Para distinguir estos compuestos de los ésteres colestéricos, llamaremos a estos cristales líquidos nemáticos quirales.

     Partiendo de la estructura nemática podemos obtener un cristal líquido colestérico si se supone que la orientación de las moléculas dentro de las capas sucesivas va girando a medida que avanzamos en el eje Y. Las moléculas dentro de una capa tienen la misma orientación, pero ésta varía describiendo un estructura helicoidal a medida que se avanza en una dirección perpendicular a las capas moleculares.

     En esta fase de cristal líquido el director no está fijo en el espacio como en una fase nemática; sino que rota a través de la muestra.

 

LIOTRÓPICOS

     Las moléculas que forman cristales líquidos liotrópicos son agentes tensioactivos que constan de dos partes distintas: una polar, a menudo iónica, que es la cabeza y otra no polar, a menudo una cola hidrocarbonada.

     Las moléculas de cristal líquido liotrópicas pertenecen a una clase de sustancias llamadas compuestos anfifílicos. Estos compuestos tienen una cabeza polar (iónica) hidrofílica y una cola hidrofóbica.

     Estos cristales líquidos se forman cuando un sólido se disuelve en un líquido apropiado a intervalos determinados de concentración, temperatura y presión. A medida que aumenta la concentración de las moléculas en la solución, ellas toman diferentes ordenamientos o fases.

     La forma cristalina de una molécula anfifílica y agua genera una serie de estructuras desde el cristal hasta la solución verdadera. Con algunas combinaciones, las mesofases polimórficas formadas mostrarán empaquetamiento molecular laminar (empaquetamiento en capas), empaquetamiento molecular cúbico, y empaquetamiento molecular hexagonal.

     Jabones y detergentes dan cristales líquidos liotrópicos cuando se combinan con agua. Lo que es más importante es que las membranas biológicas muestran comportamiento de cristal líquido liotrópico.

MICELAR

     A bajas concentraciones, la solución parece como cualquier otra, partículas de soluto distribuidas de forma aleatoria por toda el agua. Cuando la concentración se hace lo suficientemente elevada, las moléculas comienzan a ordenarse en esferas huecas, varillas, y discos llamados micelas.

     La superficie de una micela es una capa de cabezas polares disueltas en agua, mientras que la parte interna está compuesta de colas hidrofóbicas separadas del agua por las cabezas hidrofílicas.





BICAPA

     Esta estructura tiene una doble capa de moléculas ordenadas como un sándwich con las cabezas polares ocupando el lugar del pan y las colas no polares como el relleno.



Fase bicapa.

VESÍCULA

     Las vesículas son bicapas que se han plegado en una estructura esférica tridimensional, una especie de micela con dos capas de moléculas. Las moléculas que forman vesículas normalmente tienen una cabeza y doble cola o cadena. Los lípidos que se encuentran en las membranas celulares forman espontáneamente vesículas cuando se encuentran en solución.

. POLÍMEROS

     Los polímeros son una clase de materiales que constan de muchas moléculas pequeñas (llamadas monómeros) que se pueden unir para formar largas cadenas, conociéndose éstas como macromoléculas. Los enlaces químicos conectan los monómeros en el polímero. Un polímero típico puede incluir decenas de miles de monómeros. Debido a su gran tamaño, los polímeros se pueden clasificar como macromoléculas.

     El monómero puede sólo constar de unos pocos átomos o su estructura puede ser más compleja. El número de monómeros posible es extremadamente grande, lo que significa que se pueden producir muchos polímeros diferentes.

. POLÍMEROS

     Los polímeros son una clase de materiales que constan de muchas moléculas pequeñas (llamadas monómeros) que se pueden unir para formar largas cadenas, conociéndose éstas como macromoléculas. Los enlaces químicos conectan los monómeros en el polímero. Un polímero típico puede incluir decenas de miles de monómeros. Debido a su gran tamaño, los polímeros se pueden clasificar como macromoléculas.

     El monómero puede sólo constar de unos pocos átomos o su estructura puede ser más compleja. El número de monómeros posible es extremadamente grande, lo que significa que se pueden producir muchos polímeros diferentes.



Características Principales.

La principal característica de estos compuestos es que sus moléculas son altamente anisótropas en su forma, pueden ser alargadas, en forma de disco u otras más complejas como forma de piña. A diferencia de los cristales (orientación a largo alcance y posiciones ordenadas a largo alcance), los CL tienen una orientación a largo alcance, pero posiciones ordenadas a corto alcance. Además, contienen intrínsecas propiedades físicas anisótropas. En función de esta forma el sistema puede pasar por una o más fases intermedias (meso fases) desde el estado cristalino hasta el líquido. En estas meso fases el sistema presenta propiedades intermedias entre un cristal y un líquido. Dos de las principales fases de un cristal líquido son la fase nemática y la esméctica. En la fase nemática los centros de masas de las moléculas están colocados como en un líquido (sin orden de largo alcance) y al menos uno de los ejes principales de las moléculas apunta, en promedio, a lo largo de una determinada dirección (llamada director). En la fase esméctica, al igual que en la nemática, tenemos orden de largo alcance orientacional y además los centros de masas moleculares están organizados en capas a lo largo de una dimensión. El esméctico, por tanto, presenta también orden de largo alcance posicional en una dimensión.

Los llamados cristales líquidos termotrópicos están compuestos generalmente por moléculas con formas de cilindros o discos. Según la temperatura y tipo de moléculas, los cristales líquidos termotrópicos pueden organizarse en diferentes fases: nemáticas (ordenación uniaxial a largo alcance. Tiene una viscosidad relativamente baja, lo que le confiere respuestas rápidas a campos eléctricos externos), col estéricas (apilamiento de planos moleculares nemáticos con el eje director girado en cada plano de forma helicoidal. El paso de esta hélice depende de la temperatura), esmécticas (nemáticas pero con moléculas ordenadas también en capas normales al eje director) o columnares (generalmente dicóticas apiladas unas encima de otras). El otro tipo de CL en cuanto a esta clasificación es el "liotrópico", el cual obtiene distintas colocaciones en función del número de moléculas que lo compongan.

Algunas de estas moléculas nemáticas presentan propiedades ópticas según su orientación permitiendo o impidiendo el paso de la luz o actuando sobre su polarización. Su aplicación más directa es para la fabricación de pantallas de cristal líquido.

Otra categoría existente es la de los cristales líquidos liotrópicos, formados por agregados de moléculas anfifílicas (moléculas que poseen en su misma estructura, regiones hidrofobias e hidrofilias) cuando son colocadas en un medio polar (agua) o apolar (solvente orgánico).



APLICACIONES FARMACÉUTICAS Y COSMÉTICAS DE LOS CRISTALES

La formación de una interfase con una interfase líquido cristalina o gel estabiliza una emulsión debido a que impide la coalescencia.

Estructura de una emulsión con una interface líquido-cristalina.

En este tipo de emulsiones se adsorben las moléculas del emulsionante (incluidas las de alcoholes de cadena larga y ácidos grasos, entre otras sustancias anfifílicas) en la interface aceite-agua formando una multicapa. Esta multicapa que rodea a las gotas de la emulsión reduce las interacciones de van der Waals entre las gotas de aceite y actúa como una barrera contra la coalescencia. Susuki, Takei y Yamazaki (1989) atribuyen la estabilidad de las emulsiones con cristales líquidos al incremento de la resistencia mecánica de la interfase aceite-agua y la fijación de las gotas de la emulsión a la estructura líquido cristalina.

 Un equipo de investigadores de la Universidad de Valladolid ha descubierto propiedades de luminiscencia en cristales líquidos basados en complejos metálicos de materiales como el oro, el paladio, el platino, el cobre o la plata, lo que abre las expectativas de aplicación en tareas de detección de determinadas sustancias en los alimentos o en la creación de nuevas pantallas planas para televisiones y ordenadores, todo ello con un bajo coste.

Los usos de los cristales líquidos en general son muy variados y están presentes en la vida cotidiana, de hecho, uno de los más novedosos se está dando en el campo de la detección precoz del cáncer, donde se aprovecha sus características para detectar los cambios de temperatura asociados a la aparición de tumores tempranos. Otro ejemplo del uso habitual de compuestos de cristal líquido es el jabón, donde está presente, o los emulgentes que llevan las mermeladas y yogures. 

En el caso de los cristales líquidos con propiedades de luminiscencia, su aplicación es muy variada, pero cumplen especialmente bien los requisitos necesarios para la preparación de nuevas pantallas planas con mejores propiedades que las conocidas hasta ahora. Además, este mismo tipo de cristal líquido, modificando mínimamente parte de su composición abre muchas expectativas de conseguir sensores de iones que pueden aplicarse en la detección de determinadas sustancias en los alimentos, de modo rápido y barato, y evitando complicados análisis químicos necesarios hasta ahora para determinar su composición.

Otra de las propiedades descubiertas en este tipo de cristales líquidos "es la conducción eléctrica en una única dirección", según resaltó Silverio Coco, que puede ser de especial aplicación en la telefonía móvil, a través de la aplicación en conexiones moleculares para su funcionamiento, lo que permitirían reducir el tamaño del aparato. Este tipo de conducción implica que las corrientes de información pueden ser enviadas en una sola dirección, frente a los conductores de información y energías clásicos. Sería como si el cobre, en vez de transmitir la energía desde cualquiera de sus puntos de la superficie, lo hiciera desde un único punto y en una sola dirección.



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Arellano Mar Jose Alejandro.

Benìtez Palacios Jonatan Daniel.

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Sanchez Yermo Kevin Ariel.

Les damos la mas cordial bienvenida al blog de cristales liquidos del grupo 524 del Colegio de Bachilleres Plantel 6, esperamos que sea de su agrado y que encuentren lo necesario en este.