ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ способность
среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через
неё оптического излучения (света). Впервые обнаружена в 1811 Д.
Ф. Араго в кварце. В 1815 Ж. Б. Био открыл О. а. чистых жидкостей
(скипидара), а затем растворов и паров многих, гл. обр. органических, веществ.
Он же установил (см. Био закон), что: 1) угол ф поворота плоскости
поляризации линейно зависит от толщины l слоя активного вещества
(или его раствора) и концентрации с этого вещества -ф=[а]lс (коэфф.
[а] наз. удельной О. а.); 2) поворот в данной среде происходит либо по
часовой стрелке (ф > 0), либо против неё (ф < 0), если смотреть навстречу
ходу лучей света. Соответственно оптически-активные вещества, проявляющие
естественную О. а. (О. а., не вызываемую наличием внешних полей), разделяют
на правовращающие [положительно вращающие, (d), ф > 0] и левовращающие
[отрицательно вращающие, (l), ф < 0]. Это условное деление применимо
в широких интервалах длин волн излучения. Оно теряет смысл лишь вблизи
полос собственного (резонансного) поглощения среды; в 1896 франц. учёный
Э. Коттон обнаружил, что в одном и том же веществе ф имеет различные знаки
по разные стороны от полос резонансного поглощения (см. Поглощение света).

Нек-рые вещества оптически активны лишь
в кристаллич. состоянии (кварц, киноварь и пр.), так что их О. а. есть
свойство кристалла в целом; для них удельная О. а. обозначается просто
а и формула Био записывается в виде ф = аl. Другие вещества активны
в любом агрегатном состоянии; это означает, что их О. а. определяется свойствами
отд. молекул. Удельная О. а. зависит не только от рода вещества, но и от
агрегатного состояния, темп-ры, давления, типа растворителя и т. д. Типичные
значения [а] в град/дм*г/см³: 66,473 + 0,0127 с (раствор
сахарозы в воде); 14,83-0,146 с (виннока-менная кислота в воде);
-3,068 + 0,08959 с и-5,7 (яблочная кислота в воде и ацетоне соответственно);
-37 (скипидар в воде); 40,9 + 0,135 с (камфора в этиловом спирте). Здесь
с - концентрация растворённого вещества в г на 100 см³ раствора.
Первые две величины верны в интервалах концентраций 0-50, [а] для камфоры
- в интервале 10-50, остальные - при любой концентрации (если вообще зависят
от неё). Эти значения приведены для стандартных условий: длины волны света
589,3 нм (D-линия натрия) и темп-ры 20 °С.

От естеств. О. а. отличают искусственную,
или наведённую, О. а., проявляющуюся лишь при помещении оптически неактивного
вещества в магнитное поле (Фарадея эффект; см. также Верде постоянная).
Знак
вращения в эффекте Фарадея зависит как от магнитных свойств среды (парамагнитна
она, диамагнитна или ферромагнитна), так и от того, вдоль поля или против
него распространяется излучение. Это связано с особым характером магнитного
поля (определяющие его величины являются псевдовекторами, или
осевыми
векторами). Если линейно-поляризованный свет, прошедший через Слой
вещества с естеств. О. а., отражается и проходит через тот же слой в обратном
направлении, восстанавливается исходная поляризация, тогда как в среде
с наведённой О. а. в аналогичном опыте угол поворота удвоится.

Феноменологич. (макроскопич.) теорию О.
а. предложил в 1823 О. Ж. Френель, объяснивший О. а. различием преломления
показателей среды пи пдля право-
и левополяризованных по кругу световых волн. (Волну линейно-поляризованного
спета всегда можно представить как совокупность двух право-и левополяризованных
по кругу волн равной интенсивности; см. Поляризация света.) Полученное
Френелем выражение имеет вид ф=Пи*l/Л*(nгде
Л- длина волны излучения в вакууме; т. о., ф может быть значительным
даже при очень малом различии nпесли
l,
как это обычно, бывает много больше Л. Этим объясняется чрезвычайно высокая
чувствительность методов, основанных на измерении О. а. (напр., при определении
различий в показателе преломления в 10 000 раз точнее самых точных измерений
с помощью интерферометров).

Развитие теории О. а. тесно связано с изучением
её дисперсии - зависимости а (или [а]) от Л. Ещё Био установил, что в исследованных
им случаях а тем меньше, чем больше Л(ф Л^-2). Такая дисперсия
характерна для т. н. нормальной О. а.- вдали от длин волн Хо, на к-рых
в оптически-активном веществе происходит резонансное поглощение. Эме Коттон,
изучавший О. а. для излучений с X, близкими к Хо, обнаружил а н о м а л
ь ну ю О. а.- увеличение ее с ростом Л, а также различие поглощения
показателей при этих длинах волн для право- и левополяризованных по
кругу лучей - т. н. круговой дихроизм, или эффект Коттон а. Вследствие
кругового дихроизма вблизи полос собственного поглощения не только поворачивается
плоскость поляризации света, исходно поляризованного линейно, но и одновременно
этот свет превращается в эллиптически-поляризованный.

Исследования О. а. показали, что для объяснения
О. а. существен учёт изменения поля световой волны на расстояниях порядка
размеров а молекулы (иона) вещества. (При описании мн. др. оптич.
явлений таким изменением можно пренебречь, т. к. а/Л 10^-3,
но как раз этот параметр определяет различие между пи
пОдним
из решающих этапов выяснения природы О. а. явилось открытие Л.
Постером
в
1848 оптических антиподов - веществ, неразличимых по всем физ. (и многим
хим.) свойствам, кроме направления вращения плоскости поляризации (отличаясь
знаками, удельные О. а. двух антиподов равны по абс. величине). Оказалось,
что оптич. антиподы (кристаллич. решётки в кристаллах, отд. молекулы в
аморфных, жидких и газообразных оптически-активных веществах - такие молекулы
наз. оптическими изомерами) являются зеркальными отражениями
друг
друга, так что никакими перемещениями и поворотами в пространстве не могут
быть совмещены один с другим при полном тождестве образующих их элементов.
Для молекул каждого из оптических изомеров характерна пространств, асимметрия
- они не имеют плоскости зеркальной симметрии и центра инверсии (см. Изомерия,
Стереохимия, Энантиоморфизм).

Теория О. а. молекулярных паров iB рамках
классич. электронной теории (см. Лоренца - Максвелла уравнения) была
разработана в 1915 М. Борном и независимо швед, физиком К. В. Озееном,
к-рые показали, что наряду с асимметрией молекул следует учитывать несин-фазность
микротоков, наведённых полем световой волны в разных частях молекул (при
всей малости a/Л). Квантовую теорию О. а. паров построил в 1928 белы, 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 как электрический,
так и магнитный дипольные моменты, наводимые в молекуле полем проходящей
волны. Теория О. а. молекулярных сред, активных лишь в кристаллич. фазе,
тесно связана с теорией экситонов, т. к. О. а. этих кристаллов определяется
характером волн поляризации в них. 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 веществ,
в особенности органических. Характер дисперсии О. а. весьма чувствителен
к различным факторам, определяющим внутри- и межмолекулярные взаимодействия.
Поэтому методы, основанные на измерении О. а., широко используются в физ.,
хим., биол. и др. науч. исследованиях и в промышленности (см. Поляриметрия,
Сахариметрия).

Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4
изд., М., 1957 (Общий курс физики, т. 3); Б о р н М., Вольф Э., Основы
оптики, пер. с англ., 2 изд., М., 1973; Волькенштейн М. В., Молекулярная
оптика, М.- Л., 1951; М a t h i е u J. P. Activite optique nature!le, в
кн.: Encyclopedia of Physics (Handbuch des Physik), v. 28, B. - [a. o.],
1957. С. Г. Пржибельский.