Հեղուկ բյուրեղներ

Հեղուկ բյուրեղներ, մեզոմորֆ ֆազեր, նյութի վիճակներ, որոնք մեխանիկական և սիմետրիայի հատկություններով միջանկյալ տեղ են գրավում ամորֆ հեղուկների և բյուրեղային պինդ մարմինների միջև։ Հայտնագործել է ավստրիացի բուսաբան Ֆ. Ռայնետցերը (1888)։ Տարբերում են թերմոտրոպ և լիոտրոպ հեղուկ բյուրեղներ։ Առաջինները մաքուր նյութեր են, որոնք մեզոմորֆ վիճակում են գտնվում միայն ջերմաստիճանի որոշակի միջակայքում։ Օրգանական որոշ նյութեր, օրինակ, հալման պրոցեսում նախքան իզոտոպ հեղուկ ֆազին անցնելը, փոխարկվում են այնպիսի միջանկյալ ֆազի, որում նրանք հեղուկների պես հոսուն են և բյուրեղների նման օժտված են օպտիկական անիզոտրոպ հատկություններով (պարաազօքսիանիզոլը 114-135°C-ի միջակայքում, ազօքսիբենզոյական թթվի էթիլ եթերը՝ 100-120 °C, խոլեսթերինի պրոպիլ եթերը՝ 102-116 °C են)։ Լիոտրոպ հեղուկ բյուրեղներ են հիմնականում օրգանական նյութերի՝ մակերևութային ակտիվ նյութերի, մոլեկուլների դասավորության բնույթը նեմատիկներում և սմեկտիկներում պոլիմերների, լիպիդների, սինթետիկ պոլիպեպտիդների լուծույթները խիստ որոշակի լուծիչներում։ Հեղուկ բյուրեղներ են գոյացնում այն նյութերը, որոնց մոլեկուլները կամ դրանց խմբերը խիստ ձգված են և սովորաբար ունեն փայտիկների, երկար պարուրաձողիկների կամ ձգված թիթեղիկների ձև։ Հայտնի է հեղուկ բյուրեղների երկու հիմնական տեսակ՝ նեմատիկներ և սմեկտիկներ։ Նեմատիկները բնորոշվում են մոլեկուլների երկայնական առանցքների որոշակի ուղղվածությամբ, լայնական առանցքների կարգավորվածությունը բացակայում է։ Այդ պատճառով էլ դրանք օպտիկական միառանցք միջավայր են և մածուցիկությամբ քիչ են տարբերվում նյութի ամորֆ վիճակից։ Տարածական կարգավորվածության բացակայությունն էլ հենց ապահովում է մոլեկուլների համընթաց շարժման ազատությունը, հետևաբար և՝ նեմատիկների հոսունությունը։ Սմեկտիկները տարածական կարգ ունեն միայն մեկ ուղղությամբ։ Դրանք շերտավոր կառուցվածքներ են և կազմում են իրար վրա դասավորված ու մեկը մյուսից հավասար հեռավորությամբ բաժանված երկչափ շերտերի խմբեր։ Հեղուկ բյուրեղների մեկ ուրիշ տեսակում՝ խոլեսթերիկներում, ևս բացակայում է տարածական կարգավորվածությունը։ Դրանք (օրինակ, խոլեսթերինի պրոպիլեթերը) նույնպես պարբերական շերտավոր կառուցվածքներ են, ընդ որում, մոլեկուլների կողմնորոշման ուղղությունը շերտից շերտ փոխվում է պարուրաձև, տեսանելի լույսի ալիքի երկարության արժեքին մոտ քայլով ։ Շերտերի պարբերականությունը բերում է տեսանելի լույսի բրեգյան անդրադարձման։ Անդրադարձվող լույսի ալիքի երկարությունը (գույնը) կախված է պարույրի քայլից, իսկ վերջինս խիստ զգայուն է ջերմաստիճանի աննշան փոփոխությունների նկատմամբ։ Հեղուկ բյուրեղների և մասնավորապես խոլեսթերիկների արտաքին ազդեցությունների նկատմամբ զգայուն անիզոտրոպ ֆիզիկական հատկություններն ու ջերմաստիճանից կախված գունափոխության հատկությունը լայն կիրառություն են գտել ինչպես բժշկության մեջ (կտրվածքներ և ուռուցքներ հայտնաբերելու համար), այնպես էլ տեխնիկայի բազմաթիվ բնագավառներում (թվային և տառային ինդիկատորներում, միկրոշղթաներում տաք կետերը գտնելու, ինֆրակարմիր ճառագայթները տեսանելի դարձնելու համար և այլն)։ Կիրառական մեծ հետաքրքրություն են ներկայացնում նաև լիոտրոպ հեղուկ բյուրեղները։ Պարզված է, որ կենսաբանական մի շարք համակարգերի (մասնավորապես թաղանթների) ֆիզիկաքիմիական ու կենսաբանական ֆունկցիաները պայմանավորված են դրանց հեղուկ բյուրեղական վիճակով։ Հաստատված է, որ մոլեկուլում չհագեցած կապեր պարունակող մի շարք հեղուկ բյուրեղների պոլիմերմամբ կարելի է ստանալ հեղուկ բյուրեղական հատկություններով օժտված պոլիմերներ։

Հեղուկ բյուրեղների դասակարգումը և կիրառությունները  
Հեղուկ բյուրեղական կոչվում է նյութի այնպիսի վիճակը, որը օժտված է պինդ բյուրեղի և հեղուկի միջանկյալ կառուցվածքային հատկություններով։ Հեղուկ բյուրեղները հոսուն են։ Նրանց յուրօրինակ հատկությունները, որոնք բնութագրական են ինչպես հեղուկների, այնպես էլ բյուրեղներ համար, պայմանավորված են ներքին՝ մոլեկուլյար կառուցվածքով։ Հեղուկ բյուրեղական միջանկյալ փուլը (մեզոփուլը) որոշ նյութերում դիտվում է, երբ պինդ բյուրեղը տաքացնում են մինչև որոշակի ջերմաստիճան։ Այդպիսի հեղուկ բյուրեղներն ընդունված է անվանել թերմոտրոպ։ Գոյություն ունեն նաև այսպես կոչված լիոտրոպ հեղուկ բյուրեղներ։ Դրանք ձևավորվում են հեղուկում պինդ բյուրեղների լուծման պրոցեսում։ Թերմոտրոպ հեղուկ բյուրեղների դասակարգումն իրականցրել է Ֆրիդելը, հիմնվելով բևեռացումային մանրադիտակով հեղուկ բյուրեղի բարակ թաղանթների ուսումնասիրությունների վրա։ Համաձայն նրա դասակարգման, հեղուկ բյուրեղները լինում են նեմատիկ և սմեկտիկ։ Իրենց հերթին նեմատիկները նա բաժանել է երկու խմբի` նեմատիկների և խոլեստերիկների։ Նա դա արել է հիմնվելով այն փաստի վրա, որ գոյություն չունեն թերմոտրոպ մեզոգեն նյութեր, որոնք ունենան միաժամանակ նեմատիկ և խոլեստերիկ փուլեր։

Սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղներում մոլեկուլները դասավորված են շերտերով և ծանրության կենտրոնը գտնվում է այդ շերտերում։ Սմեկտիկ հեղուկ բյուրեղներում, կողմնորոշումային կարգավորվածության հետ մեկտեղ, առկա է նաև դիրքային որոշակի կարգավորվածություն` մոլեկուլները դասավորված են շերտերով այնպես, որ շերտի ներսում նրանց զանգվածների կենտրոնները կրկին բաշխված են քաոսայնորեն, սակայն մի շերտից մյուսն անցնելը խիստ դժվարացված է։ Նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներում մոլեկուլները ձգտում են իրենց հարևան մոլեկուլներին կողմնորոշել իրենց երկար առանցքներին զուգահեռ։ Ամենաբարդ մոլեկուլները համակցված են խոլեստերիկներում  քանի որ ֆորմուլացվում են միայն քիրալային կամ էլ նման մոլեկուլների փոքր խմբերով, որոնք ավելանում են նեմատիկ հեղուկ բյուրեղներում։ Ընդհանուր առմամբ քիրալությունը (հունական cheir- ձեռք բառից), դա օբյեկտի՝ իր հայելային արտապատկերման հետ անհամատեղելի լինելու հատկությունն է։ Քիրալային միացումները հնարավոր չէ մեկը մյուսի հետ փոխատեղել փոխարինվողների ներքին պտույտներով։ Այդպիսի քիրալային համաչափություն ունեն նաև մարդու աջ և ձախ ձեռքերը։ Քիրալային են սովորաբար լինում այնպիսի մոլեկուլները, որոնցում կան օրինակ ածխածնի ատոմներ։ Քիրալային իզոմերներում միանման են քիմիական և ֆիզիկական հատկությունները։ Տարբեր կերպ են դրսևորվում միայն հարթ բևեռացված լույսի նկատմամբ, ինչից էլ ստացել են իրենց անվանումը՝ օպտիկապես ակտիվ կապեր։ Խոլեստերիկները իրենց կառուցվածքով հիմնականում հիշեցնում են նեմատիկների` մոլեկուլները նրանց մեջ դասավարված են այնպիսի բարակ շերտերով, որ իրենց երկար առանցքները զուգահեռ են մեկը մյուսին և դիտվում է կողմնորոշված կարգավորվածությամբ։ Սակայն հեղուկ բյուրեղի մոլեկուլում անհամաչափ ատոմների առկայությունը հանգեցնում է նրան, որ հաջորդ շերտի մոլեկուլը շրջի ոչ մեծ α անկյունով։ Այս անկյունը շատ փոքր է (0,05° - 0,5°), բայց արդյունքում ստացվում է պարուրաձև կառուցվածք, որում հարևան շերտերի միջև հեռավորությունը մոտավորապես հավասար է մոլեկուլի հաստությանը։ Եթե շարժվենք պարույրի առանցքի երկարությամբ, ապա որոշակի ժամանակահատված հետո մոլեկուլների կողմնորոշված դասավորությունը կդառնա նույնը, ինչպես սկզբում։

Հեղուկ բյուրեղներ
Քիմիա
Ագրեգատային վիճակներ
Ֆիզիկայի չլուծված խնդիրներ