Justyna Szwed, Michalina Studzińska grupa 9 zespół 1
M9 Skręcalność optyczna roztworów. Pomiar stężenia substancji optycznie czynnych za pomocą
polarymetru. Wyznaczanie stężenia roztworów metodą refraktometryczną.
Falowa i kwantowa teoria światła.
Falowa teoria światła to teoria, zgodnie z którą światło traktuje się jako falę
elektromagnetyczną. Uważa się dziś, że zjawiska charakterystyczne dla fal, jak na przykład
interferencję światła można wyjaśnić tylko za jej pomocą. Jednakże w przeciwieństwie do
opozycyjnej teorii korpuskularnej teoria falowa nie jest w stanie wyjaśnić innych zjawisk, jak na
przykład efektu fotoelektrycznego. Przyjmuje się więc, iż światło ma naturę dualną  tj.
korpuskularno-falową.
Zjawiska odbicia i złamania światła. Współczynniki załamania światła.
Zjawisko odbicia promienia świetlnego: promień światła, padając na daną powierzchnię,
odbija się od niej pod kątem identycznym do kąta padania. Promień zachowuje swoją ciągłość w
przypadku powierzchni idealnie płaskiej. W innym przypadku wiązka światła ulega rozproszeniu
 odbija się wielu kierunkach (zwierzętom posiadającym narządy wzroku zjawisko rozpraszania
światła umożliwia widzenie przedmiotów).
Prawo odbicia: kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień
odbity i normalna leżą w jednej płaszczyz
nie.
Zjawisko załamania światła: światło padające na granicę przezroczystych ośrodków
 rozdziela się na promień odbity oraz promień załamany, przy czym kierunek przemieszczania
się promienia załamanego jest inny niż promienia padającego. Zjawisko to jest to związane z
różnicą prędkości przemieszczania się fali świetlnej w ośrodkach. Kąt, jaki tworzy kierunek
promienia załamanego z normalną nazywamy kątem załamania.
Prawo załamania: stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla dwóch
danych ośrodków wielkością stałą, równą stosunkowi szybkości światła w tych ośrodkach i
zwaną względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego.
D
Bezwzględny współczynnik załamania światła: współczynnik załamania światła na granicy
dowolnego ośrodka i próżni.
Gdzie: n-bezwzględny współczynnik załamania światła, c-prędkość światła w próżni, v-
prędkość światła w ośrodku
Jeśli:
Zatem:
D
Całkowite wewnętrzne odbicie.
Całkowite wewnętrzne odbicie  zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla
światła) i występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na
tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod
kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu
odbiciu.
Na mocy prawa załamania:
jeśli , to ,
dlatego wartość kąta granicznego, :
.
Zjawisko polaryzacji. Metody polaryzacji światła.
Polaryzacja światła  następuje wtedy, gdy kierunek wektora natężenia pola
elektrycznego E jest ustalony. Płaszczyzna drgań wektora E to płaszczyzna polaryzacji.
Metody polaryzacji światła:
a) Za pomocą odbicia wiązki światła od powierzchni dielektryków (np. szkła).
Odbita wiązka jest całkowicie spolaryzowana, gdy kąt padania wynosi  jest określony przez
stosunek współczynników załamania graniczących ze sobą ośrodków. Kąt ten spełnia warunek:
Promień odbity jest spolaryzowany całkowicie liniowo, promień załamany tworzy kąt
prosty z promieniem odbitym i jest spolaryzowany częściowo.
b) Przepuszczenie światła przez filtr polaryzacyjny (polaroid  przejrzysta płytka
celofanowa bądz
z masy plastycznej o grubości ok. 0,1 mm pokryta drobnymi, sztucznymi
kryształkami  najczęściej siarczan jodochininy  których osie optyczne orientują się w jednym
kierunku.
c) Przepuszczenie światła przez ciało anizotropowe (podwójnie załamujące światło)
 np. pryzmat Nikola.
Przejście światła przez pryzmat Nikola.
Pryzmat Nikola  rodzaj polaryzatora. Wykonany z romboedrycznego kryształu szpatu
islandzkiego (kalcytu  CaCO3), przeciętego na dwie części, a następnie sklejonego balsamem
kanadyjskim.
Podwójne załamywanie światła jest powodowane różną częstotliwością drgań atomów
sieci kryształu pod wpływem przechodzącego światła względem trzech osi układu
współrzędnych.
Oś optyczna (na schemacie odcinek OP) jest równoległa do powierzchni na którą pada
promień. Promień światła po wejściu do kryształu, rozszczepia się więc na dwa promienie
spolaryzowane w kierunkach wzajemnie prostopadłych: zwyczajny (oznaczony przez o, z
polaryzacją prostopadłą do rysunku - co symbolizują kropki) i nadzwyczajny (oznaczony przez e,
z polaryzacją równoległą do rysunku - co symbolizują kreski). Oba promienie biegną w krysztale
po tej samej drodze, ale z inną prędkością.
Współczynnik załamania balsamu kanadyjskiego wynosi nbk=1,550, ma wartość pośrednią
między współczynnikiem załamania dla promienia zwyczajnego no=1,658 i dla nadzwyczajnego
ne=1,486. Balsam jest więc dla promienia zwyczajnego optycznie rzadszy, a dla nadzwyczajnego
gęstszy. Kąt przecięcia pryzmatu jest tak dobrany, aby kąt padania A na powierzchnię balsamu,
był dla promienia zwyczajnego większy od kąta granicznego całkowitego wewnętrznego odbicia,
a dla promienia nadzwyczajnego mniejszy od kąta granicznego. Tak więc promień zwyczajny
odbija się od balsamu i jest absorbowany na czarnej ściance pryzmatu, natomiast promień
nadzwyczajny przechodzi przez balsam i dalej przez cały pryzmat.
Zaletą pryzmatu Nicola jest uzyskiwanie fali całkowicie spolaryzowanej, bez zmiany
kierunku jej biegu.
Substancje optycznie czynne. Wyznaczanie stężeń substancji optycznie
czynnych za pomocą polarymetru.
Optycznie czynne substancje mają zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego.
Największą grupę takich substancji stanowią związki, które w swojej cząsteczce mają atom (bądz

atomy) węgla połączone właśnie z czterema różnymi podstawnikami. Promień światła
spolaryzowanego w płaszczyz
nie jest sumą wektorową dwóch promieni spolaryzowanych kołowo w
przeciwnych kierunkach. Każdy z tych promieni inaczej oddziałuje z luz
no związanymi elektronami
walencyjnymi związku. Zatem składowe promienia spolaryzowane kołowo przechodząc przez roztwór
zawierający optycznie czynny związek będą inaczej z nim oddziaływały, wskutek czego płaszczyzna, w
której leży wektor wypadkowy ulegnie skręceniu. Jeżeli kąt skręcenia jest zgodny z ruchem
wskazówek zegara, to przed nazwa związku dodajemy (+) i mówimy, że substancja jest prawoskrętna,
w przeciwnym wypadku dodajemy (-), a substancję określamy jako lewoskrętną. Czynność optyczną
zaobserwujemy tylko wtedy, gdy badany roztwór będzie zawierał jeden enancjomer w przewadze
nad drugim; równomolowa mieszanina nie będzie skręcała płaszczyzny światła spolaryzowanego.
Czyste enancjomery skręcają płaszczyznę światła o taki sam kąt co do wartości bezwzględnej, ale
przeciwny co do znaku.
Polarymetr jest to przyrząd optyczny służący do określania skręcalności substancji aktywnych
optycznie, czyli takich substancji, których cząsteczki skręcają płaszczyznę polaryzacji światła. Po
odpowiednim wyskalowaniu może służyć bezpośrednio do pomiaru stężenia roztworów tych
substancji. Polarymetr służy też do określania składu mieszanin enancjomerów.
Do pomiarów wykonywanych za pomocą polarymetru wykorzystuje się światło sodowe o długości fali
=589nm. Światło z żarówki przechodzi przez żółty filtr i polaryzator, w którym ulega polaryzacji.
Spolaryzowana wiązka przechodzi przez naczynie wypełnione badaną substancją oraz nikol zwany
analizatorem i wpada do lunetki. Aby precyzyjnie określić moment właściwego zgrania położenia
analizatora względem płaszczyzny wiązki światła, stosuje się płytkę Laurenta umieszczoną między
polaryzatorem a naczyniem z badaną substancją. Kąt skręcenia odczytuje się w momencie uzyskania
jednolitego oświetlenia całego pola widzenia.
c l ą ąśr ą0 ąx cx
g/cm3 dm cm3/g dm g/cm3