Оптическая активность

Угол поворота плоскости поляризации света вычисляется по формуле \begin{equation} \theta = \alpha cl \end{equation} где $c$ — концентрация оптически активного вещества (масса/объем), $l$ — расстояние, которое проходит свет, взаимодействуя с этим веществом, а $\alpha$ — так называемый удельный угол вращения, коэффициент, показывающий интенсивность оптической активности этого вещества. Стандартной единицей измерения этого коэффициента служит $1^\circ\text{/(10 см г/мл)}$, то есть вращение на один градус в десятисантиметровой кювете при концентрации $1\,\text{г/мл}$, причем по левому винту. В таблице даны значения этого коэффициента для некоторых сахаров: \begin{array}{c|c} вещество & \alpha,\,^\circ\text{/(10 см г/мл)} \\ \hline сахароза & 67 \\ глюкоза & 53 \\ фруктоза & -92 \\ \end{array}

Задачи

1. Обладает ли оптической активностью водный раствор поваренной соли? А молочной кислоты $CH_3CH(OH)COOH$?

2. Какой концентрации необходимо взять раствор сахарозы, чтобы при высоте сосуда $l=25\,\text{см}$ получить угол поворота $\theta=40^\circ$? Какой угол поворота получится после полного гидролиза этой сахарозы?

3. Влияет ли как-нибудь на величину угла поворота плоскости поляризации то, что при гидролизе на плите вода испарялась и высота столба жидкости уменьшилась?

4. Исследователь измерял угол поворота плоскости поляризации света, повышая концентрацию вещества в растворе в метровой кювете и получил следующие данные: \begin{array}{c|c} концентрация, г/мл & угол\\ \hline 0{,}1 & -10^\circ\\ 0{,}2 & -20^\circ\\ 0{,}3 & -30^\circ\\ 0{,}4 & -40^\circ\\ 0{,}5 & -50^\circ\\ \end{array} Он сделал вывод, что $\alpha=-10$. Каково же было его удивление, когда он обнаружил в справочнике истинное значение этой величины $\alpha=170$. Объясните ошибку исследователя. Как ее избежать?

5. Что будет, если налить в поляриметр оптически неактивное вещество, но сам поляриметр поместить в электрическое поле так, чтобы поле было направлено вдоль луча света? Появится ли оптическая активность? Верно, не появится. Доказать это можно точно так же, как мы это уже делали. Система зеркально симметрична, а значит в зеркале результат эксперимента должен быть таким же. Но с другой стороны, вращение в зеркале происходит в противоположенную сторону. Единственный выход — вообще не вращаться.

А если поместить поляриметр в магнитное поле? Казалось бы, рассуждая аналогично, можно доказать, что и в этом случае оптической активности не появится. Но это неверно. Оптическая активность появляется и это называется эффектом Фарадея. Объясните, почему ситуация с магнитным полем не аналогична ситуации с электрическим.


Решения


Written on August 25, 2018