Оптическая активность

Интереснейший поляризационный эффект был обнаружен в материалах, молекулы которых не обладают зеркальной сим­метрией; это молекулы в виде штопора, перчатки с одной руки или вообще какой-то формы, которая при отражении в зеркале переходит в другую форму, подобно тому как перчатка с левой руки в этом случае принимает вид перчатки с правой. Предпо­ложим, что все вещество состоит из молекул одной формы, т. е. в веществе нет молекул, которые являлись бы зеркальными отражениями других. Тогда в этом веществе возникает заме­чательное явление, называемое оптической активностью,— на­правление поляризации линейно поляризованного света при прохождении через вещество поворачивается вокруг оси пучка.

Чтобы разобраться в явлении оптической активности, надо вывести ряд формул, но суть дела можно понять и качественно, без всяких вычислений. Возьмем асимметричную молекулу в форме спирали, показанную на фиг. 33.5. Оптическая актив­ность появляется не обязательно для молекул именно такой формы, но пример спирали наиболее прост и типичен для слу­чая, когда нет зеркальной симметрии.

Фиг. 33.5. Молекула, форма ко­торой не обладает зеркальной сим­метрией.

На молекулу падает пучок света, ли­нейно поляризованный в направлении оси у.

Пусть на молекулу падает луч света, линейно поляризован­ный вдоль оси у, тогда электрическое поле вызывает движение зарядов вверх и вниз по спирали, так что в направлении у возникает ток и происходит излучение электрического поля Е_у, поляризованного опять-таки вдоль оси у. Если, однако, элект­роны могут двигаться только вдоль спирали, появится состав­ляющая тока вдоль оси х. Когда ток течет вверх по спирали, в точке Z₁ он движется к плоскости рисунка, а в точке Z₁+A — от плоскости (здесь А — диаметр молекулярной спирали). Казалось бы, x-составляющая тока не дает никакого излучения, потому что на противоположных сторонах витка спирали ток течет в прямо противоположном направлении. Однако если взять x-составляющую электрического поля, приходящего в точку z = z₂, мы увидим, что ток в точке z = z1+ А и ток в точке z = z1 создают поля в точке z₂ с интервалом времени А/с и, следовательно, с разностью фаз л+шА1с. Поскольку разность фаз в точности не равна л, поля не могут взаимно погаситься и остается небольшая ж-компонента электрического поля, вызванная движением электронов в молекуле, хотя пер­воначальное падающее поле имело только y-компоненту. Скла­дывая малую компоненту по оси х и большую компоненту по оси y, получаем результирующее поле под небольшим углом к оси у (первоначальному направлению поляризации). При движении луча света через среду направление поляризации поворачивается вокруг оси луча. Нарисовав молекулы в раз­ных положениях и определив токи, индуцированные падающим электрическим полем, можно убедиться, что появление оптиче­ской активности и направление вращения не зависят от ориен­тации молекул.

Примером среды, обладающей оптической активностью, является обычная патока. Для демонстрации явления берут поляроид, дающий на выходе линейно поляризованный луч, прозрачный сосуд с патокой и второй поляроид, служащий для определения вращения плоскости поляризации.