Преломление света

Вторая разновидность нерезонансных взаимодействий электромагнитного излучения с частицами — преломление. Оно проявляется в тех случаях, когда имеется множество однородных частиц, достаточно регулярно упакованных в пространстве. Каждая из этих частиц рассеивает падающий свет. При этом вторичные волны подвергаются интерференции. В результате появляются выделенные направления, в которых наблюдается конструктивная интерференция. Для макросистем такое направление оказывается единственным.

Таким образом, единственным эффектом преломления является изменение направления светового луча, которой удобно описывать с помощью специальной характеристики — показателя преломления n.

n = sin  / sin 

Величина показателя преломления определяется поляризационными свойствами атомов и молекул, составляющих вещество, что позволяет использовать эту характеристику для исследования внутреннего строения веществ или их идентификации (метод рефрактометрии).

Показатель преломления зависит от длины волны света, температуры и ряда других условий. Поэтому в химических справочниках показатель преломления снабжается двумя индексами ( ²⁰n_D), где верхний индекс означает температуру измерения (вС), а нижний — указание на длину волны света (например,D— желтая линия натрия).

С показателем преломления связана еще одна (расчетная) величина — молярная рефракция .

Особенность этой характеристики заключается в ее аддитивном характере — зная атомный состав молекулы можно рассчитатьмолекулярнуюрефракцию(/N_A) каксуммуатомныхрефракцийс некоторыми поправками на взаимное влияние атомов (т.е. на химическое строение молекулы). Сравнивая расчетные значения с данными эксперимента, можно анализировать правдоподобность выдвигаемых гипотез о химическом строении молекул и, в конце концов, прийти к правильной структурной модели.

Вращение плоскости поляризации света

Если пропускать через вещество плоско поляризованный свет, то ориентация плоскости поляризации может измениться — повернуться на некоторый угол относительно исходного положения. Вещества, вызывающие такой эффект, называются оптически активными. Их отличительная особенность — определенная асимметрия геометрической формы молекул, а именно: в точечной группе симметрии не должно быть операций отражения (). Такие молекулы нельзя совместить с их отражениями в зеркале и поэтому они существуют в виде двухэнантиомерных форм(иликонфигураций). Наглядным примером могут служить органические молекулы, содержащие хотя бы один т.н.асимметрический атомуглерода (С*) — такой, у которого все четыре заместителя различны.

В зависимости от направления поворота плоскости поляризации света различают правовращающие(+) илевовращающие(–) оптически активные вещества (если смотреть навстречу пучку света, то правый поворот соответствует повороту по часовой стрелке, левый — против часовой стрелки)

Как меру оптической активности вещества можно рассматривать величину угла поворота . Обычно в качестве характеристики вещества используют т.н.удельное вращение— угол поворота относят к единичной концентрации раствораcи единичной толщине слоя вещества :

[] =/c

Удельное вращение зависит от температуры, длины волны света, используемого растворителя. Поэтому все эти характеристики указывают в справочниках вместе с величиной удельного вращения.

Метод анализа, основанный на измерении оптической активности веществ, называется поляриметрией. Его применимость ограничена, поскольку далеко не все вещества являются оптически активными. Это ограничение, однако, можно преодолеть. Если поместить оптически не активное вещество в сильное магнитное поле, форма его молекул искажается нужным образом, и вещество приобретает оптическую активность (эффект Фарадея).

Существенное значение имеет тот факт, что оптическая активность вещества зависит от длины волны света. Эта зависимость называется эффектом Коттонаилидисперсией оптического вращения(ДОВ). Она носит индивидуальный характер для разных веществ, что позволяет использовать спектры ДОВ для идентификации веществ и изучения их строения. Соответствующая разновидность поляриметрии называется методом спектрополяриметрии.