Cristais líquidos: Um estado híbrido da matéria

Cristais líquidos: Um oximoro?

Liquid crystals are beautiful and mysterious; I am fond of them for both reasons. Pierre-Gilles de Gennes, Prémio Nobel da Física 1991.

A maioria dos sólidos são ordenados posicionalmente nas três dimensões (direcções): Se soubermos a posição de uma partícula sua constituinte, saberemos as de todas as outras. As posições das partículas dizem-se correlacionadas, e os sólidos com esta propriedade dizem-se cristalinos.

Já a maioria dos líquidos são completamente desordenados posicionalmente: Conhecer a posição de uma partícula nada nos revela sobre as posições das restantes, que mudam constantemente. As posições das partículas dizem-se descorrelacionadas e os líquidos com esta propriedade dizem-se isotrópicos...

Existem, porém, alguns líquidos que são ordenados posicionalmente segundo uma ou duas dimensões, e consequentemente sólidos cristalinos ao longo dessa ou dessas direcções, e líquidos ao longo das restantes.

Se, no entanto, as partículas tiverem formas afastadas da esférica – tipicamente, se forem alongadas (bastões) ou espalmadas (discos ou plaquetas) – além da ordem posicional há a considerar a ordem orientacional: se as partículas se apresentam todas paralelas umas às outras, ou não – ou seja, se as suas orientações estão correlacionadas.

Vemos, assim, que, materiais compostos por partículas não esféricas pode ser cristais líquidos (ou, mais precisamente, apresentar fases líquido-cristalinas): Estados da matéria em que as partículas têm ordem orientacional (são, em média paralelas umas às outras), mas a sua ordem posicional é incompleta: As posições das partículas estão descorrelacionadas em uma, duas ou três dimensões. Tais fases são intermédias entre o sólido cristalino (posicional e orientacionalmente ordenado) e o líquido isotrópico (posicional e orientacionalmente desordenado), razão pela qual são igualmente conhecidas por mesofases. Os materiais que apresentam estas fases dizem-se, por isso, mesomórficos.

Primeiras observações

A descoberta do primeiro cristal líquido deve-se a Friedrich Reinitzer em 1888. Este botânico austríaco observou, para sua grande surpresa, a existência de dois pontos de fusão no benzoato de colesterilo, quando estudava as propriedades químicas de vários derivados do colesterol da cenoura: Entre o sólido e o líquido límpido, havia uma fase líquida turva.

Reinitzer enviou algumas amostras a Otto Lehmann, físico alemão, que as estudou com um microscópio equipado com um polarizador e uma platina de aquecimento.

Lehmann verificou que a fase líquida turva era homogénea. Contudo, o seu comportamento na presença de luz polarizada , cf. a fotografia em baixo à esquerda, era igual ao de um cristal!!! Esta é a origem da denominação Cristal Líquido.