十、液体和液晶的微观结构(§9-10)

    1. 液体的微观结构

    决定物体宏观性质的两个基本因素,即物体内分子之间的相互作用和分子的热运动在液体中,可以说是势均力敌的。这种介于固体和气体之间的情形,给液体的理论处理带来了一定的困难。有时把液体看作为非常稠密的实际气体,有时又把它看作为频临瓦解的晶体。

    (1)  首先应对液体分子之间的相互作用有所了解,因为液体的微观结构和表面性质都直接与分子之间的分子力作用有关。图9-3为两个分子之间的分子力F与它们中心间距r的关系曲线。由图可见,分子力的性质是比较复杂的:当r > r0时,分子间表现为引力作用(负值),随着r的增大,引力达到极值后又逐渐减小至零;当r < r0时,分子间表现为斥力作用(正值),随着r的减小,斥力急剧增大,因此可以把液体分子看作为刚性球。r0的大小与分子自身的线度相近。大约在10-10 m的数量级。

9-3

    (2)  由分于力性质可以看出,分子间引力作用的有效距离比斥力作用的有效距离大得多。对液体中任何一个分子来说,只有与它最邻近的几个分子才能发生斥力作用,而周围众多分子都对该分子有引力作用。所以,可以把液体分子看作为刚性球,把液体看作为由这种刚性球组成的集合体,这些刚性球之间由于互相吸引,而一个挨着一个地堆积在一起。

    (3)  从能量的角度看,每一个分子都处于由周围分子的引力作用所提供的势能谷中。由热运动所提供的能量,可以使分子从一个势能谷到另一个势能谷迁移。

    2. 液晶的类型和结构

    教材中所讨论的四种类型的液晶都具有以下两个特点:

    (1)  从性质上看,液晶介于液体和晶体之间,即既具有液体的流动性,又具有晶体对光的各向异性;

    (2)  从结构上看,沿某个方向分子排列具有长程有序性,而沿另一个方向却只具有短程有序性,较大范围上排列无规则。

       
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