Cristal de plástico - Plastic crystal
Un cristal de plástico es un cristal compuesto por moléculas que interactúan débilmente y que poseen cierto grado de libertad de orientación o conformación. El nombre de cristal plástico se refiere a la blandura mecánica de tales fases: se parecen a las ceras y se deforman fácilmente. Si el grado de libertad interno es la rotación molecular, también se utiliza el nombre de fase de rotor o fase rotatoria . Ejemplos típicos son las modificaciones Metano I y Etano I. Además de los cristales plásticos moleculares convencionales, también están surgiendo cristales plásticos iónicos, particularmente cristales plásticos iónicos orgánicos (OIPC) y cristales plásticos iónicos orgánicos próticos (POIPC). Los POIPC son sales orgánicas próticas sólidas formadas por transferencia de protones de un ácido de Brønsted a una base de Brønsted y, en esencia, son líquidos iónicos próticos en estado fundido, se ha encontrado que son conductores de protones en estado sólido prometedores para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones a alta temperatura . Los ejemplos incluyen perfluorobutanosulfonato de 1,2,4- triazolio y metanosulfonato de imidazolio .
Si el grado de libertad interno se congela de forma desordenada, se obtiene un vidrio de orientación .
El grado de libertad de orientación puede ser una rotación casi libre, o puede ser un salto de difusión entre un número restringido de posibles orientaciones, como se mostró para el tetrabromuro de carbono .
Los patrones de difracción de rayos X de los cristales de plástico se caracterizan por una fuerte intensidad difusa además de los picos agudos de Bragg. En un patrón de polvo, esta intensidad parece parecerse a un fondo amorfo, como cabría esperar de un líquido, pero para un monocristal, la contribución difusa se revela muy estructurada. Los picos de Bragg se pueden usar para determinar una estructura promedio, pero debido a la gran cantidad de desorden, esto no es muy revelador. Es la estructura de la dispersión difusa la que refleja los detalles del desorden restringido en el sistema. Los avances recientes en la detección bidimensional en líneas de haz de sincrotrón facilitan el estudio de tales patrones.
Propiedades mecánicas
Los cristales de plástico se comportan como verdaderos metales plásticos bajo tensión mecánica.
Por ejemplo, más cerca de la fusión, los cristales de plástico muestran una alta ductilidad y / o maleabilidad. Los cristales de plástico pueden fluir a través de un agujero bajo presión. Por ejemplo, los cristales de plástico de aminoborano se doblan, retuercen y estiran con un estremecimiento característico, bajo una tensión adecuada. Estos cristales se pueden moldear literalmente de cualquier forma posible, como metales de cobre o plata.
De esta manera, son muy singulares en comparación con otros cristales moleculares, que generalmente son quebradizos y frágiles.
Cristales de plástico versus cristales líquidos
Al igual que los cristales líquidos , los cristales de plástico pueden considerarse una etapa de transición entre sólidos reales y líquidos reales y pueden considerarse materia blanda . Otro denominador común es la presencia simultánea de orden y desorden. Ambos tipos de fases generalmente se observan entre las verdaderas fases sólida y líquida en la escala de temperatura:
- verdadero cristal → cristal plástico → verdadero líquido
- verdadero cristal → cristal líquido → verdadero líquido
La diferencia entre los cristales líquidos y de plástico es fácil de observar en difracción de rayos X . Los cristales de plástico poseen un fuerte orden de largo alcance y, por lo tanto, muestran fuertes reflejos de Bragg. Los cristales líquidos muestran picos de Bragg nulos o muy anchos porque el orden no es de largo alcance. Las moléculas que dan lugar al comportamiento cristalino líquido a menudo tienen una forma muy alargada o parecida a un disco. Los cristales de plástico suelen estar formados por objetos casi esféricos. A este respecto, uno podría verlos como opuestos.
Ciertos cristales líquidos pasan por la fase de cristal plástico antes de fundirse. En general, los cristales líquidos están más cerca de los líquidos, mientras que los cristales de plástico están más cerca de los verdaderos cristales.
- verdadero cristal → cristal plástico → cristal líquido → verdadero líquido
Historia
Los cristales de plástico fueron descubiertos en 1938 por J. Timmermans por su entropía de fusión anormalmente baja . Encontró que las sustancias orgánicas que tienen una entropía de fusión inferior a aproximadamente 17 J · K −1 · mol −1 (~ 2Rg) tienen propiedades peculiares. Timmermans los llamó globulare molecular .
Michils demostró en 1948 que estos compuestos orgánicos se deforman fácilmente y, en consecuencia, los denominó cristales de plástico ( cristaux organiques plastiques ). El perfluorociclohexano, por ejemplo, es plástico en tal grado que comenzará a fluir por su propio peso.