WikiDer > Пластиковый кристалл

Plastic crystal

А пластиковый кристалл это кристалл состоит из слабо взаимодействующих молекул, обладающих некоторой ориентационной или конформационной степенью свободы. Название пластичный кристалл связано с механической мягкостью таких фаз: они напоминают воск и легко деформируются. Если внутренняя степень свободы - это вращение молекул, имя фаза ротора или же фаза вращения также используется. Типичными примерами являются модификации Метан I и этан I. В дополнение к обычным молекулярным пластиковым кристаллам появляются также ионные пластические кристаллы, особенно органические ионные пластичные кристаллы (OIPC) и протонные органические ионные пластические кристаллы (POIPC).[1][2] POIPC представляют собой твердые протонные органические соли, образованные переносом протона от кислоты Бренстеда к основанию Бренстеда, и по сути являются протонные ионные жидкости в расплавленном состоянии оказались перспективными твердотельными протонными проводниками для высокотемпературных топливные элементы с протонообменной мембраной.[1] Примеры включают перфторбутансульфонат 1,2,4-триазолия.[1] и метансульфонат имидазолия.[2]

Если внутренняя степень свободы застывает беспорядочно, ориентационное стекло получается.

Ориентационная степень свободы может быть почти свободным вращением, или это может быть скачкообразная диффузия между ограниченным числом возможных ориентаций, как было показано для тетрабромид углерода.[3]

Рентгеновский снимок дифракция Картины пластичных кристаллов помимо резких брэгговских пиков характеризуются сильной диффузной интенсивностью.[1] В порошковой картине эта интенсивность напоминает аморфный фон, как и следовало ожидать от жидкости,[1] но для монокристалла диффузный вклад оказывается сильно структурированным. Пики Брэгга можно использовать для определения средней структуры, но из-за большого количества беспорядка это не очень полезно. Именно структура диффузного рассеяния отражает детали ограниченного беспорядка в системе. Последние достижения в области двумерного детектирования на линиях синхротронного пучка облегчают изучение таких структур.

Механические свойства

Пластиковые кристаллы при механическом воздействии ведут себя как настоящие пластмассовые металлы.[4]

Например, ближе к плавлению кристаллы пластика демонстрируют высокую пластичность и / или пластичность. Пластиковые кристаллы могут течь через отверстие под давлением. Например, пластмассовые кристаллы аминоборана[4] сгибаться, скручиваться и растягиваться с характерной шейкой при соответствующей нагрузке. Этим кристаллам можно буквально придать любую форму, например, медь или серебро.

Таким образом, они очень уникальны по сравнению с другими молекулярными кристаллами, которые обычно хрупкие и хрупкие.

Пластиковые кристаллы против жидких кристаллов

Нравиться жидкие кристаллы, пластичные кристаллы можно рассматривать как переходную стадию между реальными твердыми телами и реальными жидкостями. мягкое вещество. Другой общий знаменатель - одновременное присутствие порядка и беспорядка. Оба типа фаз обычно наблюдаются между истинной твердой и жидкой фазами на шкале температур:

истинный кристалл → пластиковый кристалл → истинная жидкость
истинный кристалл → жидкий кристалл → истинная жидкость

Разницу между жидкими и пластичными кристаллами легко заметить в дифракция рентгеновских лучей. Пластиковые кристаллы обладают сильным дальним порядком и поэтому демонстрируют резкие брэгговские отражения.[1] Жидкие кристаллы не показывают пиков Брэгга или имеют очень широкие пики, потому что порядок не является большим. Молекулы, которые вызывают жидкокристаллическое поведение, часто имеют сильно вытянутую или дискообразную форму. Пластиковые кристаллы обычно состоят из предметов почти сферической формы. В этом отношении их можно было рассматривать как противоположности.

Некоторые жидкие кристаллы перед плавлением проходят через фазу пластических кристаллов. В общем, жидкие кристаллы ближе к жидкостям, а пластмассовые кристаллы ближе к истинным кристаллам.

истинный кристалл → пластиковый кристалл → жидкий кристалл → истинная жидкость

История

Пластиковые кристаллы были открыты в 1938 г. Дж. Тиммермансом по их аномально низким показателям. энтропия плавления. Он обнаружил, что органические вещества с энтропией плавления ниже примерно 17 Дж · К−1· Моль−1 (~ 2Rg) обладают своеобразными свойствами. Тиммерманс назвал их молекулярная глобула.

В 1948 году Михилс показал, что эти органические соединения легко деформируются, и назвал их, соответственно, пластиковые кристаллы (Cristaux Organiques Plastiques).[5] Перфторциклогексан например, пластик до такой степени, что начнет течь под собственным весом. [6]

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Цзяншуй Луо; Аннеметта Х. Йенсен; Нил Р. Брукс; Йерун Сникерс; и другие. (2015). «Перфторбутансульфонат 1,2,4-триазолия в качестве типичного чистого протонного органического ионного пластического кристаллического электролита для твердотельных топливных элементов». Энергетика и экология. 8 (4): 1276–1291. Дои:10.1039 / C4EE02280G.
  2. ^ а б Цзяншуй Луо; Олаф Конрад и Иво Ф. Дж. Ванкелеком (2013). «Метансульфонат имидазолия как высокотемпературный протонный проводник». Журнал химии материалов A. 1 (6): 2238–2247. Дои:10.1039 / C2TA00713D.
  3. ^ Джейкоб К. В. Фолмер, Рэй Л. Уизерс, Т. Р. Велберри и Джеймс Д. Мартин (2008). «Связанные ориентационные и смещающие степени свободы в высокотемпературной пластической фазе тетрабромида углерода α-CBr4». Физический обзор B. 77 (14). 144205. Дои:10.1103 / PhysRevB.77.144205.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  4. ^ а б Амит Мондал; Бисваджит Бхаттачарья; Сусобхан Дас; Суроджит Бхуниа; и другие. (2020). «Металлоподобная пластичность в кристаллах органического пластика: роль формы молекулы и взаимодействия дигидрогенных связей в аминоборанах». Angewandte Chemie International Edition. 59: 10971–10980. Дои:10.1002 / anie.202001060.
  5. ^ А. Михилс (1948). "Recherches stoechiométriques V.VIII. LA PLASTICITÉ D'UN GROUPE PARTICULIER DE CRISTAUX ORGANIQUES". Bulletin des Sociétés Chimiques Belges (На французском). 57 (10–12): 575–617. Дои:10.1002 / bscb.19480571013.
  6. ^ Питер Р. Сам; Иван Эгри; Томас Фолькманн, ред. (1999). Schmelze, Erstarrung, Grenzflächen. Eine Einführung in die Physik und Technologie flüssiger und fester Metalle. Берлин, Гейдельберг: Springer. Дои:10.1007/978-3-642-58523-4. ISBN 978-3-540-41566-4.