6. Дополнительные сведения об оптической активности.

Оптически активными являются вещества, молекулы которых не имеют центра симметрии или плоскости симметрии, т.е. молекулы с выраженной асимметрией. К таковым относятся молекулы большинства органических соединений. Отсюда - широчайшие возможности использования поляриметров в медико-биологических исследованиях.

Если молекула асимметрична, то нет никаких противопоказаний к существованию такой же, с химической точки зрения, молекулы, но с асимметрией зеркально противоположной: (схемы а и б рис. 6)

Два раствора, один – с молекулами типа (а), а другой - с молекулами типа (б) поворачивают плоскость поляризации в противоположенных направлениях. Раствор, в котором молекулы обоих типов равны по численности, оптической активностью не обладает.

Не очевидно, но факт: асимметричные молекулы поворачивают плоскость поляризации падающего луча в одну сторону, вне зависимости от того, каким боком они повернуты к падающему лучу.

Установлено, что многие продукты органического происхождения: белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты, и т.п., да и тот же сахар, если он изготовлен из природного сырья, а не синтезирован, поворачивают плоскость поляризации вправо, по часовой стрелке, если смотреть навстречу лучу.

В неживой природе вещества с асимметричными молекулами - это смесь лево- и правовращающих молекул, равных концентраций (оптическая активность кварца обусловлена не асимметрией молекул, а асимметрией структуры кристалла).

В живой природе почти все органические молекулы асимметричны, и все асимметричные молекулы – правовращающие. Почему так получилось? Возможно, такой тип оптической активности (один из двух равновозможных) возник случайно, а затем закрепился механизмом наследственности.

Бактерии, помещенные в раствор синтетического сахара, «выедают» только правовращающие молекулы. Левовращающий сахар ни бактерии, ни наши организмы не усваивают.

Оказалось, что нефть – правовращающая жидкость. Это является веским аргументом в пользу гипотезы о ее органическом происхождении.

Примечания:

1. Вещества могут быть оптически активными при помещении их в сильное внешнее электрическое поле (эффект Керра), или в сильное магнитное поле (эффект Фарадея). Эти эффекты находят применение в малоинерционных устройствах управления световыми пучками. Такие устройства актуальны в перспективных компьютерных системах. Идея здесь такова. Если мы имеем систему из двух николей, настроенных «на свет», а между ними – ячейку из диэлектрика, «работающую» по эффекту Керра, то при подаче электрического напряжения на боковые поверхности этой ячейки, она становится оптически активной, поворачивает плоскость поляризации света на 90⁰, и оптическая система становится «настроенной на темноту», световой поток прерывается.

2. В поляризационном микроскопе обычная для микроскопа линзовая система дополняется двумя николями, настроенными «на темноту». Первый николь устанавливается на осветителе микроскопа, второй – в окуляре. Наблюдатель увидит только те фрагменты исследуемого образца, которые обладают оптической активностью: они видны, поскольку они сбивают настройку «на темноту».

3. Оптическая активность некоторых твердых диэлектриков, возникающая при создании в них упругих деформаций, получила название фотоупругости. Примером материала, обладающего фотоупругостью, является оргстекло (плексиглас).

В фотоупругих материалах зоны с повышенными механическими напряжениями являются зонами с повышенной оптической активностью, поворачивающими плоскость поляризации света в наибольшей степени. Наличие и выраженность таких зон можно изучать визуально или с помощью фотографирования, поместив фотоупругий образец между двумя поляроидными пленками.

Если начальная настройка поляроидов – «на свет», то на фотографии зоны концентрации механических напряжений будут выделены областями затемнения; при начальной настройке «на темноту» такие зоны обозначаются областями различной степени засветки.

Изготовив из оргстекла точные геометрические модели костей, зубов, протезов, можно таким способом выявлять в них зоны возникновения опасных значений механических напряжений, и условия, к ним приводящие.