Плотность, вязкость, диэлектрические, оптические и статистическо-термодинамические свойства n-(H-алкилокси) бензилиден - n'- метиланилинов, n-(H-бутилокси)- и n-(H-гексилокси) фениловых эфиров - n'-(H-алкилокси) бензойных кислот в области фазового перехода нематик - изотропная жидкость Аскаров, Рамиз Амирастан оглы

Введение к работе

Актуальность темы. Жидкие кристаллы (ЖК) представляют собой особый класс соединений, который образует, так называемую, мезофазу. Мезофаза - это самостоятельное термодинамически устойчивое агрегатное состояние, при котором вещество сохраняет анизотропию физико-химических свойств, присущую твердым кристаллам, и текучесть, характерную для изотропных жидкостей. Эта особенность и вызывает значительный интерес как у теоретиков, так и у практиков. Причем наиболее актуальны здесь нематические жидкие кристаллы (НЖК). Благодаря своим уникальным оптическим свойствам и малому энергопотреблению они нашли широкое применение в устройствах обработки и отображения информации. Одной из важных характеристик НЖК, определяющих их быстродействие в рабочем диапазоне температур, является вязкость. Наряду с самостоятельным практическим значением, одна из разновидностей вязкости - динамическая удачно используется для создания статистическо-термодинамнческой теории ЖК. Вопросам вязкости НЖК посвящена, в частности, большая обзорная статья. Однако данные по динамической вязкости либо очень скудны, либо разноречивы. При визкозиметрическом измерении последней необходимы также величины плотности соответствующих ЖК. Из сказанного следует, что имеется настоятельная необходимость дальнейшего накопления новых надежных экспериментальных данных по плотности и вязкости жидкокристаллических веществ.

Научная новизна. Впервые экспериментально измерены:

а) пикнометрически плотности шести л-(н-алкилокси)бензилиден-п'-
метиланилинов, шести п-(н-гексилокси)- и трех п-(н-бутилокси) фениловых
эфиров-п'-(н-алкшюкси) бензойной кислоты в области температур фазового
перехода нематик-изотропная жидкость;

б) при помощи капиллярного визкозиметра динамическая вязкость
указанных систем;

в) мостовым методом диэлектрические проницаемости и рефракто
метрически коэффициенты преломления п-(н-алкнлокси)бензилиден-п'-
метиланилинов в разбавленных бензольных растворах и изотропножидкой
фазе.

НЖК можно рассматривать как молекулярные и супрамолекулярные (надмолекулярные) образования или как систему многих частиц. Для изучения последней применяют три метода: термодинамический, статистический и статистическо-термодинамический. Термодинамический метод характеризуется своей общностью и позволяет изучать явления без знания их внутренних механизмов. Статистический метод помогает понять суть явлений, установить связь поведения системы в целом с поведением и свойствами отдельных частиц и подсистем. Эти два метода широко используются в литературе. Статистический и термодинамический методы

изучения систем многих частиц дополняют друг друга. Их комбинированное применение способствует наиболее эффективному решению той или иной научной проблемы. Поэтому примененный в настоящей работе ста-тистическо-термодинамический метод, разрабатываемый на кафедре неорганической химии Ивановского государственного университета, в значительной степени определяет ее новизну.

Практическая значимость. Решение многих практически важных задач при применении НЖК непосредственно связано с фазовым переходом нематик-изотропная жидкость. На него целиком списываются аномалии различных свойств, не рассматривая самой сущности фазового перехода, механизмов, протекающих при этом процессов. Вместе с тем, последние обстоятельства позволили бы расширить прикладное значение не-матиков и их теоретическое описание. При обсуждении связи величин вязкости, плотности и вычисленных на их основе других физико-химических характеристик с молекулярным строением НЖК целесообразно исследование веществ, состоящих из линейных молекул с различными жесткими ядрами и терминальными заместителями.

Цель работы. Получить новые эксперементальные данные по плотности вязкости, диэлектрической проницаемости и коэффициентам преломления для 15 гомологов п-(н-алкилокси) бензилиден-п'-метиланилинов, п-(н-бутилокси)- и п-(н-гексилокси) фениловых эфиров - п'-(н-алкилокси) бензойных кислот. Расчитать различные термодинамические характеристики с привлечением статистическо-термодинамического метода с целью его развития.

Задачи исследования.

1. Экспериментально:

а) измерить плотность и вязкость пятнадцати мезоморфных веществ
из трех гомологических рядов; п-(н-алкилокси)бензилиден-п'-(н-метил)ани-
линов, п-(н-бутилокси)- и п-(н-гексилокси) фениловых эфиров - п'-(н-
алкилокси) бензойных кислот в области температур нематическои и изо-
тропножидкой фаз;

б) определить их диэлектрические проницаемости, коэффициенты
преломления и диполькые моменты.

2. С целью развития статистическо- термодинамической теории ЖК
применить ее и другие теории для расчета различных физико-химических
характеристик исследуемых НЖК.

3. Обсудить полученные величины в связи со строением молекул,
механизмом течения нематическои и изотропной жидкостей, организацией
мезофазы в пределах макроскопического препарата, механизмом фазового
перехода нематик-изотроп.

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на:

1)ХІ международном семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул, 26 - 28 октября 1993 г., Пушкино-на-Оке;

2) международном симпозиуме II Чистяковские чтения "Микро- и макроструктура жидких кристаллов", 25-27 сентября 1995 г., г. Иваново;

3)VI международной конференции "Проблемы сольватации и комплексо-образования в растворах", 10-12 октября 1995 г., г.Иваново;

1. 1 региональный межвузовской конференции "Актуальные проблемы химии, хим. технологии и хим. образования", 22-26 апреля 1996 г., г. Иваново;

2. юбилейной научной конференции "ИвГУ - 20 лет", 11-12 января 1994 г., г. Иваново;

3. юбилейной научной конференции "ПЛЖК - 20 лет", 19 мая 1997 г., г.Иваново;

4. научной конференции преподавателей и сотрудников ИвГУ (1993 г., 1994 г., 1995 г., 1996 г., 1997 г.).

5. ХШ международном семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул, 16-20 июня 1997 г., г.Тверь.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи и 4 тезисов.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы и приложения. Работа изложена на 145 страницах машинописного текста и содержит 38 таблицы, 29 рисунков, список цитируемой литературы, включающий 185 наименований.