ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ОПТИ́ЧЕСКАЯ АКТИ́ВНОСТЬ, свойство некоторых веществ вращать плоскость поляризации проходящего через них линейно поляризованного света. О. а. – частное, наиболее известное проявление гиротропии. Обнаружена в 1811 Д. Ф. Араго в кварце, а в 1815 Ж. Б. Био – в органич. веществах, он же установил закон вращения плоскости поляризации (Био закон). О. а. может быть естественной и наведённой. Вещества, обладающие естественной О. а., называются оптически активными веществами. Искусственная О. а. может возникать при разл. внешних воздействиях, напр. в магнитном поле (Фарадея эффекты), при приложении упругих напряжений, при изменении температуры.
Вращение плоскости поляризации обусловлено тем, что волны с разной круговой поляризацией – правой (по часовой стрелке) и левой (против часовой стрелки) – распространяются с разл. скоростями. Т. к. линейно поляризованную волну можно представить в виде суммы волн с правой и левой круговой поляризацией, то вследствие разницы их скоростей на выходе из вещества плоскость поляризации волны оказывается повёрнутой на некоторый угол $\phi=\pi d(n_--n_+)/\lambda$. Здесь $d$ – длина пути света в веществе, $n_-$ и $n_+$ – показатели преломления для волн с круговой поляризацией, $\lambda$ – длина волны. За меру О. а. вещества (удельную вращательную способность) принимают угол поворота на единице пути: $\alpha=\phi/d$. Для жидкостей и растворов, в отличие от кристаллов, удельную вращат. способность $[\alpha]=\alpha/\rho$ ($\rho$ – плотность) и удельное вращение $[\alpha]=\alpha/C$ ($C$ – концентрация) обозначают в квадратных скобках. Величина $\alpha$ зависит от длины волны света, т. е. наблюдается дисперсия оптического вращения, поведение которой зависит от свойств и строения вещества, а также от физич. процесса, который создаёт вращение.
О. а. может быть связана с асимметричным строением молекул вещества, не имеющих ни центра симметрии, ни плоскости симметрии (т. н. молекулярная О. а.). Такая О. а. обнаруживается во всех агрегатных состояниях и растворах.
Для мн. кристаллов О. а. связана с их асимметричной структурой (т. н. структурная О. а.) (см. Энантиоморфизм). Из 32 классов симметрии структурная О. а. наблюдается в 18 классах симметрии и отсутствует в центросимметричных кристаллах. В большинстве одноосных и двуосных кристаллов О. а. определяется не только свойствами и расположением молекул, но и вкладом коллективных эффектов, зависящих от зонной структуры кристалла. О. а. наблюдается на колебат. и вращат. переходах в молекулах, а также на оптич. и акустич. ветвях колебаний кристаллич. решётки.
В кристаллах планальных классов $m$ и др. О. а. проявляется по-другому. Эти кристаллы обладают плоскостями симметрии или центром инверсии, которые недопустимы для хиральных сред. В оптически активных двуосных кристаллах О. а. сложнее, т. к. они имеют две оптич. оси, не совпадающие с направлением симметрии. Кроме того, плоскость симметрии в группе $m$ может пересекать ось вращения под разными углами и поэтому создавать обратное вращение в направлении др. оптич. оси. Т. о., нехиральный кристалл обладает О. а. и имеет одинаковые величины вращения, но с противоположными знаками в направлениях двух оптич. осей (рис.).
В жидких холестерических кристаллах, в которых молекулы каждого последующего слоя повёрнуты относительно предыдущего, молекулы образуют винтовые структуры с шагом, зависящим от темп-ры. Эти кристаллы обладают большой О. а., достигающей 105 °/мм. Поэтому они широко применяются в качестве датчиков темп-ры.
О. а. широко используется для исследования пространственной структуры молекул и межмолекулярных взаимодействий. О. а. измеряется с помощью спектрополяриметров, сахариметров и дихрографов. Измерения О. а. и кругового дихроизма часто более информативны, чем др. методы спектроскопии, т. к. она чувствительна к межмолекулярным взаимодействиям.
В результате самовоздействия линейно поляризованного света очень большой интенсивности может происходить поворот его плоскости поляризации – нелинейный аналог естеств. оптич. активности.