Por: Nina Padme Eufracio Rojas / Departamento de Químico en Fármacos. Centro de Enseñanza Técnica Industrial Plantel Colomos. C. Nueva Escocia 1885, 44630 Guadalajara, Jal. Correo : neufraciorojas@gmail.com / Instagram:@ninapadme

En el mundo clásico, solemos distinguir entre sólido, líquido y gas. Pero cuando descendemos a la nanoescala, esa lógica comienza a resquebrajarse. Existen materiales que fluyen como líquidos pero cuyas moléculas están organizadas como en un cristal. Se llaman cristales líquidos, y son sistemas fascinantes donde la química y la física molecular se entrelazan para dar lugar a estructuras que responden, cambian y se reorganizan con una sensibilidad asombrosa.

Los cristales líquidos están formados por moléculas con características anisotrópicas, es decir, cuya forma y distribución de carga no es uniforme. La mayoría son moléculas orgánicas mesógenas, con un núcleo rígido aromático (generalmente benceno, naftaleno o bifenilos) que aporta estabilidad estructural y que favorece las interacciones π-π. A los extremos, estas moléculas suelen tener cadenas alquílicas flexibles o grupos polares terminales como –CN, –OH o –NO₂. Esta arquitectura molecular es clave: les permite alinearse entre sí mediante interacciones de Van der Waals, dipolo–dipolo y, en algunos casos, puentes de hidrógeno.

Figura 1. Ilustración molecular tridimensional de una molécula mesógena típica de cristal líquido. Se observa un núcleo aromático rígido (estructura plana central) y cadenas laterales flexibles con grupos polares terminales (–CN, –OH, –NO₂).
Figura 1. Ilustración molecular tridimensional de una molécula mesógena típica de cristal líquido. Se observa un núcleo aromático rígido (estructura plana central) y cadenas laterales flexibles con grupos polares terminales (–CN, –OH, –NO₂).

 

Cuando se someten a ciertas condiciones — como una temperatura precisa o un campo eléctrico externo— estas moléculas pasan de un estado cristalino rígido a uno mesomórfico, en el que se mantienen parcialmente organizadas pero con capacidad de movimiento. Este fenómeno es conocido como transición mesofásica, y ocurre en un rango de temperatura intermedio entre el punto de fusión y el de ebullición. Durante esta transición, no hay ruptura de enlaces covalentes, sino un reordenamiento supramolecular gobernado por la termodinámica del sistema.

Entre las fases más importantes están:

  • Fase nemática (N):

Las moléculas se orientan en una misma dirección (vector director), pero no tienen una posición fija. Predominan las fuerzas de Van der Waals y momentos dipolares inducidos, que alinean las moléculas como agujas flotando en un fluido. (Pensemos en lápices apuntando todos hacia el norte, pero cada uno en un lugar diferente del espacio).

  • Fase esméctica (Sm):

Las moléculas se organizan en capas paralelas, manteniendo su orientación. Aquí aparecen interacciones cooperativas entre regiones polares e hidrofóbicas de las moléculas, que estabilizan estas capas. (Como si los lápices ahora flotaran entre hojas transparentes apiladas).

  • Fase colestérica (N*):

Una variante nemática donde las moléculas quirales inducen una torsión helicoidal en el vector director. Esta hélice molecular define qué longitud de onda de luz se refleja, permitiendo materiales que cambian de color con el calor o la presión. (Así brillan las escamas de ciertos insectos y pantallas inteligentes).

Figura 2. Diagrama de las fases nemática, esméctica y colestérica de cristales líquidos.
Figura 2. Diagrama de las fases nemática, esméctica y colestérica de cristales líquidos.

 

Cuando estos cristales líquidos se confinan en nanoestructuras —como poros mesoporosos, superficies funcionalizadas, nanotubos o incluso cápsulas lipídicas—, se altera la dinámica de transición de fase. Las moléculas se ven forzadas a orientarse según las paredes del entorno, lo que puede favorecer la nucleación de fases ordenadas incluso por debajo de la temperatura crítica. En otras palabras el confinamiento nanoescala puede inducir orden molecular en condiciones donde normalmente no lo habría.

En esta escala, pequeñas perturbaciones externas como campos eléctricos o radiación UV pueden inducir reorientaciones moleculares cooperativas. Esto se debe a que muchas mesógenas poseen momentos dipolares permanentes o son fotosensibles. Un ejemplo es la familia de los azobencenos, que pueden sufrir isomerización cis–trans bajo luz UV o visible, provocando un cambio en la orientación global del sistema. Esta respuesta puede ser controlada y revertida, lo cual ha abierto la puerta a su uso en actuadores moleculares, pantallas flexibles, memorias ópticas, y sistemas de entrega dirigida de fármacos.

En sistemas más complejos, como los cristales líquidos ferroelectricos, las moléculas presentan polarización espontánea, es decir, se alinean de manera que generan un campo eléctrico interno. Este tipo de comportamiento se explica por la presencia de momentos dipolares altamente alineados, que pueden invertirse bajo la acción de un campo externo. El resultado es un material molecularmente polarizado capaz de cambiar su estado estructural de forma reversible. Este fenómeno ha sido propuesto como base para sinapsis moleculares artificiales, ya que simula la forma en que las neuronas modulan la señal con base en estímulos eléctricos.

A nivel nanométrico, los cristales líquidos no solo muestran versatilidad estructural. También interactúan con su entorno químico, ya que su superficie puede ser funcionalizada con sensores, enzimas, ácidos nucleicos o proteínas. Esto les permite adaptarse a entornos biológicos, detectando cambios en el pH, concentración de glucosa, metales pesados o antígenos. Un cambio en la concentración de una sustancia objetivo puede inducir un cambio de fase o una reorientación molecular visible ópticamente, haciendo del cristal líquido una especie de “lenguaje molecular” que traduce química en color.

En última instancia, los cristales líquidos en nanoescala representan la frontera entre la química estructural y los materiales inteligentes. Son moléculas organizadas que responden al entorno con precisión, pero también con belleza. Son suaves, adaptables, sensibles… y, sin embargo, profundamente ordenadas. Nos enseñan que la química no es solo reacción y enlace, sino también forma, orientación, simetría y respuesta. Una química que se mueve, se alinea y vibra con el mundo que la rodea.

Referencias

 

Suscribir
Notificar de
guest

Este sitio usa Akismet para reducir el spam. Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.

0 Comentarios
Más antiguo
El más nuevo Más votados
Comentarios en línea
Ver todos los comentarios