С.К. Пискарёва - Аналитическая химия (1110124), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Плоскость,. перпендикулярную плоскости колебаний, называют плоскостью поляризации !рис. 44). Среди известных веществ насчитывают несколько тысяч так называемых о1ггически активных, т. е. способных изменять (вращать) плоскость поляризации проходящего через них поляризо- 352 ванного света. Оптическая активность этих веществ возникает в результате электронных взаимодействий в молекуле. Она связана со строением молекул и с особенностями кристал- лическои решетки.
Когда через слой оптически актив- Рлс. лл. естественны» 1а) я попого вещества проходит поляризован- ллризоаааный !6) лучи ный свет, то плоскосгь поляризации его оказывается повернутой на некоторый угол, называемый углом вращения шюскости поляризации. В основе метода поляриметрического анализа лежит измерение угла вращения плоскости поляризации света, прснпедшего через оуггически активную среду. Если оптически активное вещество находится в растворенном состоянии„то угол поворота плоскости поляризации зависит от числа молекул вещества, встречающихся на пути поляризованного луча.
Чем болыпе число молекул, тем болыпе угол поворота плоскости поляризации. Таким образом, угол поворота плоскости поляризации зависит от концентрации оптически активного вещества в растворе. При поляриметрических определениях расстояние по линии распространения светового луча не должно изменяться. Это означает, что расстояние от одной стенки сосуда, в котором находится оптически активное вещество, до другой во всех определениях остается неизменным.
При соблюдении этих условий угол вращения плоскости поляризации будет в прямой пропорциональной зависимости от концентрации. Поляриметрический метод широко используют для изучения структуры и свойств различных веществ: с его помощью проводят исследования кристаллических веществ в минералогии и кристаллохимии, изучают кинетику процессов, протекающих с участием о1ггически активных веществ, изучают некоторые параметры космических объектов, Метод поляриметрического анализа широко применяют в аналитических целях при количественных определениях различных веществ. В пищевой промышленности его успешно используют для количественных определений жиров, масел, сахаристых и других веществ. й 2.
ПЛОСКОПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ Поляризованный свет можно получить при пропускании световых колебаний через кристалл известкового шпата !исландский шпат, кальцит). Он пропускает световые колебания, совершающиеся только в двух взаимно перпендикулярных направлениях. В соответствии с правилом параллелограмма это равносильно разложению колебательных движений, совершающихся в любой плоскости в вошедшем в кристалл неполяризованном Р свете, на колебания по двум и заданным перпендикулярным пан "' правлениям. На рис. 45 пред! и яи ставлена схема разложения света, т л например нл или тт, неполяризо— — — и ванного света в кристалле на две волны: и'и', и"и" и т'т', гиви", у колебания которых происходят в двух взаимно перпендикулярРие.45.
Равлоиение светового луча ных направлениях, которые соотна два е взаимно пеРпендикулярнммн ветствуют двум поляризованным лучам. Одну из таких волн называют обыкновенной, другую, не подчиняющуюся. закону преломления; — необыкновенной. Кристалл исландского шпата, в котором происходит поля-, ризация и разложение света, является аннзотропной средой, свойства которой по различным направлениям различны. В связи с этим скорости распространения обыкновенной и необыкновенной волн в кристалле, не одинаковы, различны также коэффициенты и углы преломления света. Это явление носит название двойного лучепреломления.
Из исландского шпата изготавливают поляризатор света (призмы Николя). Кристалл разрезают на две половины в направленни оптической оси и склеивают канадским бальзамом (специальный клей нз некоторых пород канадской пихты). Слой клея., оказывается средой, оптически менее илоной для обыкновенного луча н более илоной для необыкновенного. Угол преломления необыкновенной волны на границе кристалл — клей будет меныпе угла падения, н она пройдет слой клея как плоскопараллельную, пластинку. Для обыкновенной волны обеспечиваются условия, Ф при которых она может испытать на границе кристалл — клен полное внутреннее отражение.
Таким условием является соответствующее положение призмы Николя по отношению к источнику,' света. Боковую поверхность поляризатора зачерняют. Обыкновенная волна, полностью отраженная, поглощается зачерненной боковой поверхностью призмы. Таким образом, из призмы выходит только одна необыкновенная волна. 6 3. ОПТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Вещества, способные .вызывать вращение плоскости поляри зации проходящего через них света, были впервые обнаружены в начале прошлого века. В 1815 г.
Ж. Б. Био открыл оптическую активность чистых жидкостей (скипидара), а затем растворов и паров. При прохождении поляризованного света через оптически активную среду может возникнуть не только эффект изменения направлений колебаний, но и разложение поляризованного луча 354 на два луча, обладающих вращением в разные стороны.
На основании экспериментальных данных Ж. Б. Био установил следующие закономерности. 1. Угол поворота плоскости поляризации а линейно зависит от толщины слоя или концентрации и индивидуальных свойств оптически активного вещества: ее=егт„1с, где ат,— удельное вращение плоскости поляризации; с — концентрация растворимого вещества, г/мл раствора; 1-- толщина слоя, дм. Удельная оптическая активность егтв зависит от природы вещества н расгворителя, агрегатного состояния, температуры и давления.
2. Поворот плоскости поляризации в данной среде происходит либо по часовой стрелке (п>0, правое вращение), либо против нее (а<0, левое вращение), если смотреть навстречу ходу лучей света. Оптическая активность 'веществ, изменяющих вращение плоскости поляризации, зависит от двух факторов: строения кристаллической реп~ез ки вещества и строения молекулы вещества. В зависимости от этих факторов оптически активные вещества делят на два типа.
Вещества, относящиеся к первому типу, про являнл оптическую активность только в кристаллическом состоянии, например кварц, хлорат натрия и др. Рентгенографическое исследование твердого кристаллического кварца показало, что это вещество встречается в двух модификациях— правовращающей и левовращающей. При переходе этих веществ в растворенное или расплавленное состояние оптическая активность исчезает. Ко второму типу относят вещества, проявляющие оптическую активность только в растворенном или газообразном состоянии.
К ним относят глюкозу, винную кислоту, циклометилгексан, морфин и другие органические вещества. В молекулах сахаров оптическая активность обусловлена наличием асимметричных атомов углерода, связанных с различными радикалами. Особенность строения оптически активных молекул таких веществ состоит в том, что они не имеют центра и плоскости симметрии. Например, молекулы винной кислоты могут существовать в четырех формах, две из которых оптически активны, а две оптически неактивны.
Первые пс и 1-формы не имеют нн одного элсмснта симметрии, мезо-форма винной кислоты имеет плоскость симметрии: О мс — ОН о с — он О С вЂ” ОН О С вЂ” ОН 1 1 1 ! н — с — он но — с — н но — с — и н-с-он ! плоекоеть ! симметрии но — с — н и — с — он но — с — и н — с — он ! 1 О-С вЂ” ОН о=с †о-с — ОН о-с — он ж вилем р винная меэо винная киелота киелота киелота и. 355 Таким образом, оптическая активность рассматривалась как естественное свойство вещества. Иногда оказывает.ся необходимым придать оптически неактивному веществу оптическую активность.
В этом случае оптически неактивное вещество помещают в магнитное поле и получают оптически активное, свойства которого обусловливаются характером магнитного поля. Такую оптическую активность называют искусственной или наведенной. $4, ВРАЩЕЦИЕ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ Наличие асимметрии в структуре кристаллических решеток и в строении молекул органических соединений подтверждается различными современными методами исследований строения веШесгва на молекулярном и атомном уровне. Выше было указано о ренттенографическом исследовании кристаллического кварца, которое показало, что молекулы, составляюшие кристалл, расположены по правой и левой винтовой линии. В молекулах органических веществ атомы углерода связаны с различными радикалами, причем одна форма расположения радикалов является зеркальным изображением другой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
