¿Cómo los cristales pueden ser líquidos?
Resulta contradictorio pronunciar la frase “Cristales líquidos”, pues entendemos por cristal a un material sólido y rígido, totalmente diferente a lo que denominamos como líquido; sustancias que fluyen y son capaces de tomar la forma del recipiente que la contiene. De modo que, al menos intuitivamente, ¡un cristal es precisamente lo opuesto a un líquido!
Sin embargo, existen sustancias reales que exhiben la dualidad sólido-líquido. Lo más sorprendente es que siempre han estado a la vista, ya que la encontramos en gran parte de los objetos cotidianos como son las calculadoras, relojes, juegos electrónicos, ordenadores personales, televisores, incluso en la cosmética.
Los cristales líquidos son materiales que presentan al menos una fase intermedia entre la líquida isótropa y la sólida cristalina, es decir, poseen propiedades de los líquidos, fluidez y viscosidad, y propiedades ópticas que se parecen de modo asombroso a las de los cristales como, por ejemplo, poder reflejar colores diferentes dependiendo del ángulo bajo el cual se les observe. El botánico austriaco Friedrich Reinidzer en 1888, fue el primero en observar un cristal líquido, cuando al calentar el benzoato de colesterilo (una sustancia sólida derivada del colesterol) hasta su temperatura de fusión vio que se formaba un líquido turbio. Al continuar calentando, persistía hasta que a determinada temperatura el líquido se volvía transparente. Posteriormente, en otras investigaciones se descubrieron otras sustancias que presentaban el mismo comportamiento, demostrando un nuevo estado de la materia intermedio entre el sólido y el líquido, por este motivo, el 1889 el físico alemán Otto Lehmann los llamó “cristal líquido”.
Estos compuestos tienen como principal característica que sus moléculas son altamente anisótropas en su forma, pueden ser alargadas, en forma de disco u otras más complejas como forma de piña. Los cristales líquidos a diferencia de los cristales que presentan una orientación a largo alcance y posiciones ordenadas a largo alcance, 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 desde el estado cristalino hasta el líquido, a las cuáles se denominan mesofases.
Dos de las principales fases de un cristal líquido son la fase nemática y la esméctica. Los centros de masas de las moléculas, en la fase nemática están colocados en un líquido (sin disposición 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,
Los cristales líquidos no son producto exclusivo de nuestra tecnología. Como en otras esferas de la ciencia, la Naturaleza reproduce a los cristales líquidos o, dicho adecuadamente, los cristales líquidos imitan a la Naturaleza. En muchos sistemas biológicos existen organizadores de tipo cristal líquido. Uno de los ejemplos mejor conocidos son los llamados fosfolípidos, el principal componente de las membranas celulares. Otro ejemplo lo constituyen las fibras de mielina, una lipoproteína que se encuentra recubriendo el axón de las neuronas. En este mismo contexto podemos también citar los cristales líquidos formados por algunos productos como los carbohidratos, los polipéptidos y los ácidos nucleicos.
Su investigación tiene un gran interés tanto desde el punto de vista fundamental como por su vasto campo de aplicaciones tecnológicas, como por ejemplo dentro de la óptica, la optoelectrónica o incluso la medicina. En los últimos años se ha descubierto que los cristales líquidos ocupan un lugar primordial en la naturaleza. Así, se sabe que los cristales líquidos desempeñan un papel fundamental en los organismos vivos, pues el DNA forma diversas fases líquido cristalino; también se les utiliza para fabricar dispositivos electrónicos, como los indicadores electro-ópticos que muestran letras y símbolos diversos en las calculadoras de bolsillo o en las carátulas de los relojes electrónicos modernos.
Actualmente ya están a la venta televisores miniatura a colores, con pantallas de gran definición, fabricados con cristales líquidos. A juzgar por los logros y aplicaciones espectaculares de los cristales líquidos obtenidos en los últimos años, no cabe duda que el futuro nos deparará sorpresas cada vez mayores y, al mismo tiempo, nos brindará nuevos retos para comprender las extraordinarias propiedades de estas fases intermedias de la materia.
