Ni líquid ni sòlid sinó tot alhora

Quan, jugant al Trivial o fent encreuats, hem de pensar en els estats de la matèria, dubtem entre els tres de tota la vida (sòlid, líquid, gas) o bé d’afegir-hi els misteriós estat de plasma. Però aquest darrer, de moment, no té gaire interès pràctic perquè a les temperatures on existeix, poca cosa hi podem fer. Hi ha, però, un estat que existeix a temperatures diguem-ne raonables, que no és ni líquid ni sòlid, sinó tot alhora. I aquest sí que ens és útil, i molt, i a més ens el trobem diàriament. Parlo dels cristalls líquids.

I doncs?

La diferència entre un sòlid i un gas és molt fàcil de descriure. En el primer, totes les partícules que el componen estan fortament lligades entre sí, tot formant una xarxa en tres dimensions, és a dir, un cristall. Les partícules tenen una mobilitat molt reduïda i estan, a més, molt juntes. Això explica que els sòlids tinguin una forma determinada i que siguin materials d’una densitat comparativament alta. La resistència que ofereixen a canviar la forma és una mesura de les forces que mantenen unides les partícules constituint el cristall. Al contrari dels sòlids, els gasos estan constituïts de partícules absolutament lliures, sense que hi hagi gairebé forces d’atracció entre elles. En els gasos les partícules estan tan separades com poden per la mateixa raó que si llancem un grapat de bales de vidre en un pot, ocuparan com més espai puguin millor. En els gasos, no hi ha res que lligui les partícules entre sí perquè simplement es troben molt separades. Això explica que la densitat d’un gas sigui tan baixa com permeti el volum del recipient i que no tingui sentit parlar de la forma de cap gas. Però si en comprimim fortament un i aconseguim, doncs, que les partícules s’aproximin prou perquè actuïn les forces d’atracció, aleshores el gas, qualsevol gas, amb més o menys compressió, esdevindrà líquid. En els líquids, les partícules estan més pròximes, si, però no tant com en els sòlids i, per això, la densitat dels líquids és menor que la dels sòlids. El volum d’un líquid és fix, però no pas la forma, perquè les partícules tenen certa llibertat de moviment que fa que puguin rodolar unes sobre les altres, millor o pitjor, tot permetent que el líquid flueixi.

Els motius, doncs, pels quals una substància pot ser sòlida o bé líquida en una temperatura determinada cal cercar-los en les molècules i en com s’atrauen entre sí. Molècules grans fortament atretes unes amb les altres expliquen que la substància tingui un punt de fusió i d’ebullició més alt que si les molècules són petites o bé s’atrauen poc entre sí. La naturalesa de la molècula és important, perquè si hi existeix càrrega elèctrica, amb una part de la molècula negativa i l’altra positiva, aleshores el cantó positiu atrau fortament el cantó negatiu de la molècula del costat, la qual orienta el positiu cap al negatiu de la següent, i successivament. Aquest lligam té lloc no en fils sinó en totes tres dimensions: el resultat acostuma a ser un cristall rígid, un sòlid, per tant. Altres molècules no tenen càrrega elèctrica tan clarament separada i aleshores tampoc no s’atrauen tan fortament: les substàncies constituïdes d’aquestes molècules solen ser líquides a la temperatura on les substàncies constituïdes per molècules amb càrregues elèctriques són sòlides. Però vet aquí un tercer tipus de molècula que resulta ser com les primeres, vistes, per exemple, per la dreta, i com les segones, si les mirem per l’esquerra. D’aquestes substàncies val a dir que n’hi poques, molt poques. En aquestes, la transició de sòlid a líquid no s’esdevé de cop, sinó que ho fan es pot dir que a trossos. Quan mirem les molècules en un eix, semblen perfectament ordenades formant un cristall, d’acord amb una de les dues parts de la molècula. Vistes des d’un altre eix, hi apreciem un cert desordre, perquè en la direcció d’aquest eix, ha esdevingut un líquid, tot honorant l’altra part de la molècula. Si continuem escalfant, la substància esdevindrà líquida en totes tres dimensions, i si refredem, tornarà a formar-se el cristall en tres dimensions. Però hi ha un marge de temperatures en el qual el cristall, segons com es miri, és un líquid, o bé, el líquid, segons com es miri, és un cristall. Qualsevol persona amb sentit comú anomenaria aquest estat com de cristall líquid, tot i l’aparent contradicció de l’expressió.

Qualsevol cristall mostra diferents colors segons com l’orientem cap a llum, i també els cristalls líquids. Molts líquids orienten les molècules segons els camps elèctrics, i també els cristalls líquids. Combinant ambdues propietats, podem aconseguir més o menys transparència segons un senyal elèctric. És així com podem reproduir imatges. Superposant capes diferents de cristalls líquids recobertes de filtres de diferents colors, aconseguim reproduir imatges superposades de diferents colors que el cervell interpretarà com una imatge única en colors. No és fàcil, no, construir l’invent, però avui les pantalles LCD ho envaeixen tot i, segons per quines aplicacions, ja comencen a ser… antigues, ves.

No us amoïneu si el termòmetre digital del jardí es torna il·legible, negre, un migdia d’agost. Amb la temperatura al rang de sempre, el termòmetre tornarà a treballar correctament, amb màximes, això sí, d’infart.