ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ


ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ
ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

       
способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света). Впервые обнаружена в 1811 франц. учёным Д. Ф. Араго в кварце. В 1815 франц. учёный Ж. Б. Био открыл О. а. чистых жидкостей (скипидара), а затем р-ров и паров многих, гл. обр. органич., в-в. Он же установил (см. БИО ЗАКОН), что: 1) для р-ра угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя р-ра и концентрации с активного в-ва: j=(a)lс (коэфф. (a) наз. удельной О. а.); 2) поворот происходит либо по часовой стрелке (j>0), либо против неё (j<0), если смотреть навстречу ходу лучей света. Соответственно оптически активные вещества, проявляющие естественную О. а., разделяют на правовращающие (положительно вращающие) и левовращающие (отрицательно вращающие). Это условное деление применимо в широких интервалах длин волн излучения. Оно теряет смысл лишь вблизи полос собственного (резонансного) поглощения среды; в 1896 франц. физик Э. Коттон обнаружил, что в одном и том же в-ве j имеет разл. знаки по разные стороны от полос резонансного поглощения. Нек-рые в-ва оптически активны лишь в крист. состоянии (кварц, киноварь и др.), так что их О. а.— св-во кристалла в целом; для них, в отличие от р-ров, удельная О. а. обозначается просто а, и ф-ла Био записывается в виде: j=al. Другие в-ва активны в любом агрегатном состоянии; это означает, что их О. а. определяется строением отд. молекул. Удельная О. а. зависит не только от рода в-ва, но и от его агрегатного состояния, давления, темп-ры, типа растворителя и пр.
От естеств. О. а. отличают искусственную, или наведённую, О. а., проявляющуюся лишь при помещении оптически неактивного в-ва в магн. поле (см. ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ, ВЕРДЕ ПОСТОЯННАЯ). Знак вращения в эффекте Фарадея зависит как от магн. св-в среды, так и от того, вдоль поля или против него распространяется излучение. Если линейно поляризованный свет, прошедший через слой в-ва с естеств. О. а., отражается и проходит через тот же слой в обратном направлении, восстанавливается исходная поляризация, а в среде с наведённой О. а. в аналогичном опыте угол поворота удвоится.
Феноменологич. теорию О. а. развил в 1823 франц. физик О. Ж. Френель, объяснивший О. а. различием показателей преломления среды n+ и n- для право- и левополяризованных по кругу компонент линейно поляризованного света (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Полученное Френелем выражение для угла поворота плоскости поляризации имеет вид: j= (l/l)(n+—n-), где l — длина волны излучения в вакууме; т. о., ф может быть значительным даже при очень малом различии n+ и n-, если l->l, как это обычно бывает. Этим объясняется чрезвычайно высокая чувствительность методов, основанных на измерении О. а. (напр., при определении различий в показателе преломления они в 10 000 раз чувствительнее самых точных интерферометрич. методов).
Развитие теории О. а. тесно связано с изучением её д и с п е р с и и — зависимости a (или ?a?) от l, (т. н. в р а щ а т е л ь н о й д и с п е р с и и). Ещё Био установил, что в исследованных им случаях а тем меньше, чем больше l (j=l-2). Такая дисперсия характерна для н о р м а л ь н о й О. а.— вдали от длин волн l0, на к-рых в оптически активном в-ве происходит резонансное поглощение. Коттон, изучавший О. а. для излучений с l, близкими к l0, обнаружил аномальную О. а.— увеличение а с ростом l. Им обнаружено также различие поглощения показателей при этих длинах волн для право- и левополяризованных по кругу лучей — т. н. к р у г о в о й д и х р о и з м, или Коттона эффект, вследствие к-рого свет, исходно поляризованный линейно, превращается в эллиптически поляризованный.
Исследования О. а. показали, что для её объяснения существен учёт изменения поля световой волны на расстояниях порядка размеров а молекулы (иона) в-ва (см. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИСПЕРСИЯ). (При описании многих других оптич. явлений таким изменением можно пренебречь, т. к. a/l=10-3, но как раз этот параметр определяет различие между n+ и n-.) Теория О. а. мол. паров в рамках классической электронной теории была разработана в 1915 нем. физиком М. Борном и независимо от него швед. физиком К. В. Озееном, к-рые показали, что наряду с асимметрией молекул следует учитывать несинфазность микротоков, наведённых полем световой волны в разных участках молекул (при всей малости а/l). Квант. теорию О. а. паров построил в 1928 бельг. учёный Л. Розенфельд. И в этой, более строгой с позиций совр. науки, теории рассматриваются процессы, связанные с конечным размером молекул (происходящие на расстояниях =а). Для объяснения О. а. оказалось необходимым учитывать вз-ствие электрич. и магн. дипольных моментов, наведённых в молекуле полем проходящей волны. Теория О. а. мол. сред, активных лишь в крист. фазе, тесно связана с теорией экситоное, так как О. а. таких в-в определяется хар-ром волн поляризации в этих кристаллах. О теории наведённой О. а. (см. МАГНИТООПТИКА, ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ),.
Совр. теории О. а. качественно правильно описывают это явление, однако количеств. теория дисперсии О. а. сталкивается со значит. трудностями в связи со сложностью изучаемых объектов.
О. а. обнаруживают широкие классы в-в, в особенности органических. Хар-р дисперсии О. а. весьма чувствителен к разл. факторам, определяющим внутри- и межмолекулярные вз-ствия. Поэтому методы, основанные на измерении О. а., используются в физ., хим., биол. и др. научных исследованиях, а также и в промышленности.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

- свойствонек-рых веществ вращать плоскость поляризации проходящего через них счета;частное, наиб. заметное и распространённое проявление гиротропии. Впервыеобнаружена в 1811 Д. Ф. Араго (D. F. Arago) в кварце; в 1815 Ж. Б. Био(J. В. Biot) открыл О. а. жидкостей (скипидара), а затем растворов и паровмн. органич. веществ. Он же установил закон вращения плоскости поляризации(см. Био закон). Вещества, обладающие естественной О. а., наз. оптическиактивными веществами; искусственная О. а. возникает в результате внеш. <воздействий, напр. внешнего магн. поля (см.Фарадея эффект).
Вращение плоскости поляризации обусловленотем, что две волны с круговой поляризацией - правой и левой - распространяютсяс разл. скоростями. Поэтому плоскость поляризации линейно поляризов. волны, <представленной как сумма двух указанных волн, на выходе из вещества оказываетсяповёрнутой на угол 15015-134.jpgВращение плоскости поляризации зависит от структуры вещества, длины путисвета в веществе l и не зависит от его интенсивности. За меру О. <а. вещества (вращательную способность) принимается угол поворота на единицепути 15015-135.jpg Тогдаугол поворота плоскости поляризации в веществе 15015-136.jpgгде п -, п + - показатели преломлениядля двух круговых волн,15015-137.jpg- длина волны. Для жидкостей и растворов вводят соответственно уд. вращат. <способность 15015-138.jpg=15015-139.jpg (15015-140.jpg- плотность) и уд. вращение 15015-141.jpg( С- концентрация). В отличие от кристаллов для жидкостей уд. вращениеобозначается в скобках. Величина 15015-142.jpgсвязана с тензором гирации gir (см. Гиротропия )изависит от частоты света, т. е. имеется дисперсия оптич.15015-143.jpgвращения. Для простого случая изотропной среды О. а. вещества может определятьсякак О. а. составляющих его молекул (молекулярная О. а.), так и структуройсамого вещества (структурная О. а.).
Молекулярная О. а. обнаруживается во всехагрегатных состояниях и растворах. У оптически активных молекул отсутствуютцентр и плоскости симметрии (хиральные молекулы). Такая молекула можетбыть смоделирована двумя взаимодействующими осцилляторами, расположеннымивзаимно перпендикулярно, расстояние между к-рыми а сравнимо с 15015-144.jpg (т. <е. фазы поля в местах осцилляторов различны), а скорость передачи взаимодействиясравнима со скоростью распространения света в среде. Такая система, очевидно, <будет по-разному реагировать на правую и левую круговую поляризацию волн, <вследствие чего их скорости станут различными. В квантовой электродинамикеоптич. вращение рассматривается как двухфотонный процесс рассеяния светана молекуле с поглощением одного фотона ииспусканием другого, причёмвозникает интерференция двух участвующих в процессе фотонных мод. При этомдолжны учитываться все возможные в молекуле виды взаимодействия электрич. <и магн. дипольных и квадрупольных моментов, наведённых проходящей световойволной.
О. а. вещества определяется суммой вкладовотд. молекул, к-рая зависит от их расположения и ориентации. При беспорядочномрасположении молекул (напр., в жидкости или в газе) эффект дают толькохираль-ные молекулы; к ним относятся энантиоморфные (зеркальные) группысимметрии С п, Dn, Т, О (см. Энантиоморфизм, <Симметрия кристаллов). В этом случае вращение определяется "силой вращения". (псевдоскаляром):15015-145.jpg

где р- электрический, a m -магн. дипольные моменты перехода i - k в молекуле, ответственногоза О. а. (суммирование производится по всем состояниям молекулы). Из (1)следует, что О. а. имеется только у хиральных молекул, где эти моментыпараллельны и оба перехода разрешены.
При упорядоченном расположении хиральныхмолекул появляется ещё вклад квадрупольных моментов и векторного произведения[ рт]; суммарная О. а. может быть больше. В частности, онасильно возрастает в хиральных структурах; в этом случае вклад в О. а. могутдавать и молекулы тех групп, где отсутствует лишь центр симметрии(Cs,C2v, D2d, S4). О. а. может также возникать(индуцироваться) и в симметричных молекулах, к-рые находятся в асимметрич. <поле хиральных молекул (напр., растворителя или матрицы).
Структурная (кристаллическая) О. а. Вкристаллах, где существует дальний порядок, вклад в О. а. помимо хиральныхмолекул (если таковые имеются) дают коллективные процессы, в основном процессыпереноса. Эти процессы могут создавать О. а. в веществе, где отд. частицыне хиральны, при наличии в кристалле необходимых элементов симметрии. Втабл. приведены те классы симметрии кристаллов, в к-рых может возникатьО. а. молекулярного и структурного происхождения.

Оптическая активность кристаллов

Класс симметрии
Молекулярная
Структурная
432 (О), 23(Т) 622 (D6),
*
-
422(D4),32(D3) 66),4 (С4),
*
*
.( С3)
*
*
42 m(D2d)
-
*
.(S4)
-
*
222 (D2)
*
*
mm2 (С 2v)
-
*
.( С2)
*
*
m (Cs)
-
*
.1)
*
*

Примечание: * - О. а. отлична от нуля, <знак минус - О. а. равна нулю.
В кристаллах часто происходит деформациятех или иных элементов структуры (молекул, атомных и ионных группировок)внутр. полем кристалла, благодаря чему они становятся хиральными. Для этогодостаточно весьма малых деформаций (смещений) ~(1 - 0,5)10-3 нм. В молекулярных кристаллах могут возникать дополнит. вклады в О. а.,связанные с бестоковыми переносами возбуждений - э кситонами. В кристаллах, <состоящих из хиральных молекул или обладающих хиральной структурой, каждаяэкситонная зона расщепляется на две - правую и левую, что и создаёт О. <а. в области частот экситонных линий поглощения со своеобразным ходом дисперсиивращения, различным для кристаллов из хиральных или симметричных молекул. <Сказанное относится и к валентным и ионным кристаллам; в последних особенносущественна деформация ионных группировок сильным внутр. полем. В полупроводниковыхкристаллах имеется значит. вклад свободных носителей и межзонных переходов. <Экспериментально показано, что О. а. может возникать на вакансиях и надефектных структурах, а также на примесных центрах.
Дисперсия О. а. была замечена ещё Био, <установившим, что 15015-146.jpgТакая (т. н. нормальная) дисперсия наблюдается вдали от области поглощения(напр., кварц имеет в видимой области спектра сильную дисперсию вращения, <хотя полоса поглощения у него ок. 180 нм). В области полос поглощения наблюдаетсясложная зависимость 15015-147.jpgот 15015-148.jpg (т. н. аномальная дисперсия) и О. а. характеризуется "комплексным вращением":
15015-149.jpg

где 15015-150.jpg- коэф. поглощения волн с правой и левой круговой поляризацией. Т. к. этикоэффициенты разные, то в области полос поглощения наблюдается круговойдихроизм, а свет, поляризованный линейно, превращается в эллиптическиполяризованный.
В мощных световых полях может возникать нелинейная оптическая активность в результате двухфотон-ного поглощения, <вклада нелинейной поляризуемости, ориентирующего влияния светового поля, <в особенности при его круговой поляризации. Последние процессы особеннозаметны для макромолекул. Нелинейная О. а. наблюдалась.
Очень слабая О. а. (~10-8 рад)может возникнуть в атомных и молекулярных системах вследствие несохранениячётности при слабых взаимодействиях. Эти эффекты обнаружены экспериментальнона парах тяжёлых металлов.
О. а. широко используется в молекулярнойфизике и химии для исследования пространственной структуры молекул, полимерови биополимеров, надмолекулярных структур, кристаллов, внутри- и межмолекулярныхвзаимодействий. Разработаны способы исследования оптически неактивных веществ, <в к-рых индуцируется О. а.
О. а. измеряется с помощью поляриметрови сахариметров для определённой длины волны; обычно это D -линияNа 15015-151.jpg ДисперсияО. а. измеряется спек-трополяриметрами. О. а. можно оценивать по измерениямкругового дихроизма на дихрографах, т. к. этот метод обладает большим разрешением. <Измерения О. а. более информативны, чем др. методы спектроскопии, они позволяютвыявлять и исследовать слабые, запрещённые, магн. дипольные и квадрупольныепереходы, в обычных спектрах маскируемые более сильными. О. а. необычайночувствительна к межмолекулярным взаимодействиями изменениям внеш. параметров, <сильно зависит от растворителя и темп-ры (может менять не только величину, <но и знак), резко меняется при фазовых переходах, поскольку все эти факторывлияют на симметрию молекулы или относительное расположение молекул.

Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е . М., Электродинамика сплошных сфед, 2 изд., М., 1982; Агранович В. М.,Гинзбург В. Л., Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии и теорияэкситонов, 2 изд., М., 1979; Кизель В. А., Бурков В. И., Гиротриппя кристаллов, <М., 1980; Бирич Г. Н. и др., Эффект несохранения четности в атомарном висмуте,"ЖЭТФ", 1984, т. 87, с. 776; Кизель В. А., Индуцирование гиротропии какновый метод исследований в физике конденсированных сред, "УФН", 1985, т.147, с. 559.

В. А. Кизель.


Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ" в других словарях:

  • ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ — свойство некоторых веществ вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоско поляризованного света. Оптически активные вещества бывают двух типов. У веществ первого типа (сахар, камфора, винная кислота) оптическая активность не …   Большой Энциклопедический словарь

  • ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ — ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё света. Впервые обнаружена французским учёным Д. Араго в кварце в 1811; в 1815 французский физик Ж.Б. Био открыл оптическую активность в чистой… …   Современная энциклопедия

  • Оптическая активность — ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё света. Впервые обнаружена французским учёным Д. Араго в кварце в 1811; в 1815 французский физик Ж.Б. Био открыл оптическую активность в чистой… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ — ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ, свойство некоторых химических соединений в растворах, а также некоторых кристаллов и прозрачных веществ, под действием сильного магнитного поля, вызывать вращение ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА. Оптически активные… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • оптическая активность — Свойство среды, заключающееся в различии показателей преломления для оптического излучения с правой и левой круговой поляризацией при распространении их в этой среде. [ГОСТ 23778 79] Тематики оптика, оптические приборы и измерения EN optical… …   Справочник технического переводчика

  • оптическая активность — свойство некоторых веществ вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через них плоскополяризованного света. Оптически активные вещества бывают двух типов. У веществ первого типа (сахара, камфара, винная кислота) оптическая активность не …   Энциклопедический словарь

  • Оптическая активность —         способность среды вызывать Вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света). Впервые обнаружена в 1811 Д. Ф. Араго в кварце. В 1815 Ж. Б. Био открыл О. а. чистых жидкостей… …   Большая советская энциклопедия

  • Оптическая активность — Оптически активные вещества  среды, обладающие естественной оптической активностью. Оптическая активность  это способность среды (кристаллов, растворов, паров вещества) вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического… …   Википедия

  • оптическая активность — optinis aktyvumas statusas T sritis Standartizacija ir metrologija apibrėžtis Medžiagos savybė sukti šviesos poliarizacijos plokštumą. atitikmenys: angl. optical activity vok. optische Aktivität, f rus. оптическая активность, f pranc. activité… …   Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

  • оптическая активность — optinis aktyvumas statusas T sritis chemija apibrėžtis Medžiagos savybė sukti šviesos poliarizacijos plokštumą. atitikmenys: angl. optical activity rus. оптическая активность …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.