Оптическая активность.

Некоторые вещества, называемые оптически активными, обладают способностью вызывать вращение плоскости колебаний (а значит, и плоскости поляризации) проходящего через них плоскополяризованного света. При повороте плоскости колебаний по часовой стрелке, если смотреть на встречу лучу, вещество называют правовращающим, при повороте против часовой стрелки – левовращающим.

К оптически активным веществам относится ряд твердых тел (кварц, сахар и др.) и многие жидкости (скипидар, водный раствор сахара, углеводы, эфирные масла и др.) Многие оптически активные вещества существуют в двух разновидностях – правовращающей и левовращающей. Это явление вращения плоскости колебаний в основном обусловлено наличием определенной асимметрии в строении отдельных молекул среды и угол поворота φ; прямо пропорционален числу этих молекул на пути луча. В кристаллах, например в кварце, оптическая активность обусловлена особенностями строения самого кристалла, а не составляющих его молекул. Так, в природе встречаются кристаллы кварца в двух модификациях – правые и левые кристаллы, являющиеся зеркальными изображениями один другого. Пластинки, вырезанные из одного из этих кристаллов, вращают плоскость колебаний вправо, а пластинки, вырезанные из другого, дают такое же вращение влево. Для четкого наблюдения этого явления плоскополяризованный луч должен входить в кристалл вдоль оптической оси.

Для твердых тел угол поворота φ; плоскости колебаний поляризованного света пропорционален толщине l слоя вращающего вещества, сквозь который проходит свет:

φ;= α;· l, (2)

где α; – удельное вращение, которое характеризует вращательную способность вещества.

Для растворов α; равно отношению угла, на который поворачивается плоскость колебаний поляризованного света, проходящего сквозь слой раствора, к толщине слоя и концентрации раствора. Таким образом, в случае раствора этот угол пропорционален еще и концентрации c раствора:

φ;= [α] · l·c (3)

В отличие от удельного вращения α; кристаллов этот коэффициент для растворов обозначается через [α].

Удельное вращение зависит от длины волны света. Поэтому одно и то же активное вещество поворачивает плоскость колебаний волн различной длины на различные углы. Обычно φ; возрастает с уменьшением α;. Это явление называется вращательной дисперсией.

Простейшая установка для измерения угла вращения плоскости колебаний состоит из источника монохроматического света S, поляризатора П, кюветы К с исследуемым веществом и анализатора А (рис. 5). Очевидно, что при скрещенных поляризаторе и анализаторе и отсутствии раствора свет будет полностью гаситься. Если кювету К наполнить раствором оптически активного вещества, то вследствие вращения плоскости колебаний наступит просветление поля зрения. Угол, на который нужно повернуть анализатор для полного затемнения, будет равен углу вращения плоскости колебаний вектора .

Явление вращения плоскости колебаний находит широкое применение в промышленности для измерения и контроля концентрации оптически активных растворов. Зная удельное вращение α; данного вещества и длину трубки l, можно, измерив угол поворота φ;, определить по формуле (3) концентрацию раствора c. Приборы, служащие для исследования растворов (преимущественно сахарных), вызывающих вращение плоскости колебаний, носят название сахариметров.

В поляриметрах вращение анализатора измеряется в угловых градусах, а в сахариметрах – сразу указывается процентное содержание сахара в растворе.

Определение удельного вращения кварца с помощью поляриметра

Приборы и принадлежности: поляриметр, кварцевые пластинки.