Un cristal plástico es un cristal compuesto por moléculas que interactúan débilmente y que poseen cierto grado de libertad orientacional o conformacional. El nombre de cristal plástico se refiere a la suavidad mecánica de dichas 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 rotatoria 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, en particular cristales plásticos iónicos orgánicos (OIPC) y cristales plásticos iónicos orgánicos próticos (POIPC). [1] [2] 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 descubierto que son prometedores conductores de protones en estado sólido para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones de alta temperatura . [1] Los ejemplos incluyen perfluorobutanosulfonato de 1,2,4-triazolio [1] y metanosulfonato de imidazolio . [2]
Si el grado de libertad interno se congela de manera desordenada, se obtiene un vidrio orientacional . El grado de libertad orientacional puede ser una rotación casi libre, o puede ser una difusión por salto entre un número restringido de orientaciones posibles, como se demostró para el tetrabromuro de carbono . [3]
Los patrones de difracción de rayos X de los cristales plásticos se caracterizan por una fuerte intensidad difusa además de los agudos picos de Bragg. [1] En un patrón de polvo, esta intensidad parece asemejarse a un fondo amorfo como se esperaría de un líquido, [1] pero para un monocristal la contribución difusa se revela como altamente estructurada. Los picos de Bragg se pueden utilizar 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 dichos patrones.
Los cristales plásticos fueron descubiertos en 1938 por el químico belga Jean Timmermans [4] debido a su entropía de fusión anómalamente baja. Descubrió 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 denominó molecular globulare . Michils demostró en 1948 que estos compuestos orgánicos se deforman fácilmente y, en consecuencia, los denominó cristales plásticos ( cristaux organiques plastiques ). [5]
Algunos cristales plásticos, como el aminoborano , cuando se someten a tensión mecánica, presentan un comportamiento similar al de los metales dúctiles, como el plomo, el oro, la plata o el cobre. Esto es diferente de los cristales moleculares típicos, que son frágiles y quebradizos.
Por ejemplo, a medida que se acercan a su punto de fusión, se vuelven muy dúctiles y maleables. Bajo presión, estos cristales pueden fluir a través de un orificio. Presentan flexión, torsión y estiramiento con un estrechamiento característico bajo la tensión adecuada. Estos cristales se pueden moldear en diversas formas, como el cobre o la plata. [6] El perfluorociclohexano es tan plástico que comenzará a fluir por su propio peso. [7]
Al igual que los cristales líquidos , los cristales plásticos pueden considerarse una etapa de transición entre los sólidos reales y los líquidos reales y pueden considerarse materia blanda . Otro denominador común es la presencia simultánea de orden y desorden. Ambos tipos de fases se observan habitualmente entre las fases sólida y líquida verdaderas en la escala de temperaturas:
La diferencia entre cristales líquidos y plásticos se observa fácilmente en la difracción de rayos X. Los cristales plásticos poseen un fuerte orden de largo alcance y, por lo tanto, muestran reflexiones de Bragg agudas. [1] Los cristales líquidos no muestran picos de Bragg o estos son muy amplios 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 similar a un disco. Los cristales plásticos consisten generalmente en objetos casi esféricos. En este sentido, 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 ser líquidos, mientras que los cristales plásticos están más cerca de ser verdaderos cristales.