wyk04.doc

Ciałostałowy stan skupienia - Ciała stałe

Energia wiązań międzycząsteczkowych >> kT – układ dąży do zajęcia jak najmniejszej objętości – wysycenie sił wzajemnego przyciągania drobin – zachowanie kształtu obiektu

Różnica ciało stałe (Pb) – ciecz (wosk)

Przejście do cieczy (topnienie) odbywa się w sposób skokowy w ściśle określonej temperaturze – przejście fazowe

1)   Substancje amorficzne (bezpostaciowe)  –

uporządkowanie lokalne – brak uporządkowania dalekiego zasięgu  ®  szkło, Ca3(PO4)2 – amorficzny fosforan wapnia

2)  

Kryształy – uporządkowanie dalekozasięgowe – komórka elementarna – części nm

Kryształy izotropowe i anizotropowe

NaCl

Grafit

Ca10(PO4)6(OH)2 – hydroksyapatyt

Monokryształy i ciała polikrystaliczne (kości, zęby)

Sytuacja pośrednia  ®  tekstura

Uwaga:

Strukturę krystaliczną wykazują także substancje organiczne

Kości i zęby  ®  Ca10(PO4)6(OH)2 – hydroksyapatyt (HAP) – syntetyczny odpowiednik substancji nieorganicznej występującej w ustroju

Występują zanieczyszczenia (~5%) – lokalne niedoskonałości sieci krystalicznej – różnice osobnicze

1.   OH ® F, Cl, CO3, ...

2.   PO4 ® CO3, HPO4, ...

3.   Ca ® Na, Mg, K, Zn, Sr, ...

Uwaga:

Kościec spełnia nie tylko funkcje podprową ale jest także magazynem wielu jonów w ustroju

Zawartość substancji nieorganicznych (masa po spaleniu):

1.   Szkliwo – ~95%

2.   Zębina - ~70%

3.   Cement - ~65%

4.   Kość - ~65%

Kość  ®  budowa polikrystaliczna o dobrze określonej teksturze

Ułożenie cząsteczek tropokolagenu w włókienku kolagenowym

D = 67 nm, 0.6D – przerwy (hole zone), 0.4D – nakładanie (overlap zone)

Idealizacja struktury osteonu

Kryształy HAP

1.   Płytki ~3 nm – grubość, ~20 nm x ~50 nm – powierzchnia

2.   Oś z kryształów jest równoległa do osi włókien kolagenu

Uwaga:

Postuluje się występowanie innych fosforanów wapnia:

1)   CaHPO4 – DCP

2)   CaHPO4*2H2O – DCPD

3)   Ca8H2(PO4)6*5H2O – OCP

4)   Ca3(PO4)2 – ACP, TCP (3 formy krystalograficzne a, b, g)

Rozpuszczalność fosforanów wapnia – generalnie bardzo niska - przybliżenie małych stężeń

Przykład:

CaHPO4 ® Ca + HPO4

Stosuje prawo iloczynu rozpuszczalności – mogę zastąpić stałą dysocjacji (Kc) dla roztworu nasyconego soli słabo rozpuszczalnej iloczynem rozpuszczalności (Ksp)

              Kc  = 

Ksp  =  c(Ca)*c(HPO4)

Uwaga:

Rozważania dla roztworu nasyconego czyli dla równowagi fazy stałej i fazy ciekłej

Hydroksyapatyt

Ca10(PO4)6(OH)2 ® 10Ca + 6PO4 + 2OH

Ksp = [c(Ca)]10*[c(HPO4)]6*[c(OH)]2  =  ~10-118 ® (1/mol)1/18

Uwaga:

Można oszacować stężenie HAP w stanie równowagi ~10-6 mola

Zależność rozpuszczalności od pH

Log(c(Ca))

Ciekłe kryształy

Wydłużone molekuły o postaci cygar lub wrzecion ~3000 związków

·       Związki aromatyczne zawierające pierścienie benzenowe

·       Estry cholesterolu

Wyświetlacze ciekłokrystaliczne

Skok spirali - ~kilkuset nm – długość fali światła widzialnego

Uwaga:

Bimolekularne warstwy lipidów można uważać za substancje ciekłokrystaliczne

Zastosowanie medyczne – termografia – pomiar temperatury lub pomiar rozkładu temperatury

Cholesteryk  ®  skok spirali – ~kilkaset nm – rzędu długości fali świetlnej – interferencja światła odbitego od kilku płaszczyzn - interferencja konstruktywna

Warunek Bragga

l = 2*d*sinQ

2 typy badań

·       przykładam kilka odpowiednio dobranych ciekłych kryształów (różny skład) do powierzchni ciała – zmienia się skok spirali ciekłych kryształów – przez odpowiednio dobór substancji warunek interferencji jest spełniony tylko dla jednego kryształu – pomiar

·       przykładam ciekły kryształ do powierzchni ciała – wyrównanie temperatur – zmienia się skok spirali ciekłego kryształu - oświetlanie cholesteryka światłem białym (zakres długości fali ~(400-800) nm) - natężenie i barwa światła odbitego zależą od temperatury

Zastosowanie ogólne  ®  wyświetlacze ciekłokrystaliczne

Elektryczne sterowanie orientacją molekuł barwników pleochroicznych

...