ОПТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ

Способность среды вызывать вращение плоскости поляризации проходящего через неё оптического излучения (света). Впервые обнаружена в 1811 франц. учёным Д. Ф. Араго в кварце. В 1815 франц. учёный Ж. Б. Био открыл О. а. чистых жидкостей (скипидара), а затем р-ров и паров многих, гл. обр. органич., в-в. Он же установил (см. БИО ЗАКОН), что: 1) для р-ра угол j поворота плоскости поляризации линейно зависит от толщины l слоя р-ра и концентрации с активного в-ва: j=(a)lс (коэфф. (a) наз. удельной О. а.); 2) поворот происходит либо по часовой стрелке (j>0), либо против неё (j<0), если смотреть навстречу ходу лучей света. Соответственно оптически активные вещества, проявляющие естественную О. а., разделяют на правовращающие (положительно вращающие) и левовращающие (отрицательно вращающие). Это условное деление применимо в широких интервалах длин волн излучения. Оно теряет смысл лишь вблизи полос собственного (резонансного) поглощения среды; в 1896 франц. физик Э. Коттон обнаружил, что в одном и том же в-ве j имеет разл. знаки по разные стороны от полос резонансного поглощения. Нек-рые в-ва оптически активны лишь в крист. состоянии (кварц, киноварь и др.), так что их О. а.— св-во кристалла в целом; для них, в отличие от р-ров, удельная О. а. обозначается просто а, и ф-ла Био записывается в виде: j=al. Другие в-ва активны в любом агрегатном состоянии; это означает, что их О. а. определяется строением отд. молекул. Удельная О. а. зависит не только от рода в-ва, но и от его агрегатного состояния, давления, темп-ры, типа растворителя и пр.

От естеств. О. а. отличают искусственную, или наведённую, О. а., проявляющуюся лишь при помещении оптически неактивного в-ва в магн. поле (см. ФАРАДЕЯ ЭФФЕКТ, ВЕРДЕ ПОСТОЯННАЯ). Знак вращения в эффекте Фарадея зависит как от магн. св-в среды, так и от того, вдоль поля или против него распространяется излучение. Если линейно поляризованный свет, прошедший через слой в-ва с естеств. О. а., отражается и проходит через тот же слой в обратном направлении, восстанавливается исходная поляризация, а в среде с наведённой О. а. в аналогичном опыте угол поворота удвоится.

Феноменологич. теорию О. а. развил в 1823 франц. физик О. Ж. Френель, объяснивший О. а. различием показателей преломления среды n+ и n- для право- и левополяризованных по кругу компонент линейно поляризованного света (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Полученное Френелем выражение для угла поворота плоскости поляризации имеет вид: j= (l/l)(n+—n-), где l — длина волны излучения в вакууме; т. о., ф может быть значительным даже при очень малом различии n+ и n-, если l->l, как это обычно бывает. Этим объясняется чрезвычайно высокая чувствительность методов, основанных на измерении О. а. (напр., при определении различий в показателе преломления они в 10 000 раз чувствительнее самых точных интерферометрич. методов).

Развитие теории О. а. тесно связано с изучением её д и с п е р с и и — зависимости a (или ?a?) от l, (т. н. в р а щ а т е л ь н о й д и с п е р с и и). Ещё Био установил, что в исследованных им случаях а тем меньше, чем больше l (j=l-2). Такая дисперсия характерна для н о р м а л ь н о й О. а.— вдали от длин волн l0, на к-рых в оптически активном в-ве происходит резонансное поглощение. Коттон, изучавший О. а. для излучений с l, близкими к l0, обнаружил аномальную О. а.— увеличение а с ростом l. Им обнаружено также различие поглощения показателей при этих длинах волн для право- и левополяризованных по кругу лучей — т. н. к р у г о в о й д и х р о и з м, или Коттона эффект, вследствие к-рого свет, исходно поляризованный линейно, превращается в эллиптически поляризованный.

Исследования О. а. показали, что для её объяснения существен учёт изменения поля световой волны на расстояниях порядка размеров а молекулы (иона) в-ва (см. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ДИСПЕРСИЯ). (При описании многих других оптич. явлений таким изменением можно пренебречь, т. к. a/l=10-3, но как раз этот параметр определяет различие между n+ и n-.) Теория О. а. мол. паров в рамках классической электронной теории была разработана в 1915 нем. физиком М. Борном и независимо от него швед. физиком К. В. Озееном, к-рые показали, что наряду с асимметрией молекул следует учитывать несинфазность микротоков, наведённых полем световой волны в разных участках молекул (при всей малости а/l). Квант. теорию О. а. паров построил в 1928 бельг. 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 вз-ствие электрич. и магн. дипольных моментов, наведённых в молекуле полем проходящей волны. Теория О. а. мол. сред, активных лишь в крист. фазе, тесно связана с теорией экситоное, так как О. а. таких в-в определяется хар-ром волн поляризации в этих кристаллах. 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 в-в, в особенности органических. Хар-р дисперсии О. а. весьма чувствителен к разл. факторам, определяющим внутри- и межмолекулярные вз-ствия. Поэтому методы, основанные на измерении О. а., используются в физ., хим., биол. и др. научных исследованиях, а также и в промышленности.