Растворы с хиральными молекулами. Оптическая активность

[Poika]

Друзья, помогите разобраться. Читал литературу по оптике и по химии и понял, что существуют два вида оптически активных веществ:
1. Кристаллы, где каждая молекула находится на своем месте в определенной ориентации в кристаллической решетке и этот кристалл воздействует на свет.
2. Вещества, растворы не в кристаллическом состоянии, в котором растворены оптически активные молекулы. При пропускании света через такой раствор свет изменяется, поляризуется итд.

В 1 случае я могу представить что происходит со световой волной когда она проходит через кристалл, периодическую структуру, голограмму например.
Не могу понять, что происходит со светом проходящим сквозь расвтвор с оптически активными молекулами. Например в воде растворены молекулы сахара. Как эти молекулы которые плавают в растворе как попало, одна так расположена, другая так, третяя еще по-другому, как они могут запляризовать свет? В химмии такие оптически-активные молекулы называются хоральными. Может ли кто объяснить простыми словами, или математически, что происходит с электромагнитной волной света при столкновении то с одной молекулой сахара, то с другой, итд? Изменяется ли интенсивнойсть или фаза волны?
В медицине используется метод, где по изменению света прошедшего через мочу больному, определяют концентрацию сахара в моче. Как это работает???
Спасибо!

[AlexLib]

Может быть "хиральными", а не хоральными ?
Если так, то эти молекулы по-разному взаимодействуют со световыми волнами, имеющими разную поляризацию.
Такие молекулы несимметричны по отношению к зеркальному отражению. "На пальцах" такие молекулы можно представить себе как винт с левой или правой резьбой.
Из-за этого скорость распространения волн с циркулярной поляризацией в среде, содержащей такие молекулы, зависит от направления поляризации ("по- " или "против часовой стрелки").
Для начала можно посмотреть википедию:
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D5%E8%F0 ... 8%EC%E8%FF)

[whiterussian]

Тема перемещена из форума «Физика» в форум «Помогите решить / разобраться (Ф)»
Причина переноса: перемещена в подходящий раздел.

[Alex-Yu]

AlexLib в сообщении #991565 писал(а):

"На пальцах" такие молекулы можно представить себе как винт с левой или правой резьбой.

При этом можно еще добавить, что как винт ни крути, правый винт в левый винт не превратишь, и наоборот левый в правый. Так что то, что молекулы в растворе беспорядочно крутятся, не делает среду оптически безразличной к тому, по правому или левому винту поляризован свет. Конечно, это лишь дополнительное разъяснение, AlexLib фактически это уже сказал. Просто более кратко.

[Xey]

Можно бы добавить, что при синтезе таких оптически активных веществ образуются и право и лево вращающие в равных количествах. В итоге смесь не активна.
Активные биологические вещества левовращающиеся, как сложилось исторически. Живое правовращающие не производит и не использует.

Читал, что сейчас собирают молекулярные конструкции , которые "закручены" круче естественных и вращают поляризацию намного сильнее.

[Pphantom]

Поправил название, а то какие-то прелюдии вместо молекул получались.

[Munin]

Я так подозреваю, непонимание крутится в области того, что:

Poika в сообщении #991481 писал(а):

В 1 случае я могу представить что происходит со световой волной когда она проходит через кристалл, периодическую структуру, голограмму например.

- здесь речь идёт о волне большой длины, и о хиральной структуре (кристалле) тоже больши́х размеров, бо́льших, чем длина волны. Таким образом, можно представить себе хиральное взаимодействие структуры с волной на классическом уровне.

А в случае молекул, молекула по сравнению с длиной волны сама по себе крошечная, но всё равно её поворачивает! Здесь не обойтись без квантового уровня, представляя себе волну как фотоны, и взаимодействие молекулы с отдельными фотонами - только фотоны начинают молекулу "чувствовать".

Это примерно та же разница вопросов, как между отражением-поглощением от диэлектрика/проводника, и рассеянием/поглощением в среде, где каждая частица умеет отражать или поглощать фотоны света. Или скажем, как между давлением света на проводник, и давлением света на непрозрачный раствор в прозрачном растворителе.

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #991637 писал(а):

Здесь не обойтись без квантового уровня, представляя себе волну как фотоны, и взаимодействие молекулы с отдельными фотонами - только фотоны начинают молекулу "чувствовать".

Э, нет. На классическом уровне это описывается запросто. Одно из проявлений пространственной дисперсии. Читайте Аграновича-Гинзбурга "Кристаллооптика с учетом пространственной дисперсии". То, что в названии кристаллы, не меняет сути дела (хотя именно эта книжка в основном про кристаллы).

[Munin]

Вопрос в том, как хиральная форма молекулы приводит к этой дисперсии.

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #991712 писал(а):

Вопрос в том, как хиральная форма молекулы приводит к этой дисперсии.

Это, по хорошему, теория групп. И опять кванты ни при чем. Кстати, можно заменить молекулы просто на плавающие в жидкости маленькие (много меньше длины волны) кусочки другого материала с формой в виде винтов (да и не только винтов, на самом деле лишь бы инверсионно несимметричных). Хаотически сориентированные. Чисто в рамках классической максвелловской электродинамики. Тоже получится оптическая активность.

[Munin]

Ну и каким образом форма чего бы то ни было, много меньшего длины волны, влияет на распространение этой волны?

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #991723 писал(а):

Ну и каким образом форма чего бы то ни было, много меньшего длины волны, влияет на распространение этой волны?

А Вы посчитайте наведенный дипольный момент в приближении выше первого неисчезающего по волновому вектору (т.е. учите небольшую неоднородность поля в пределах кусочка). Получите разную восприимчивость для право- и левополяризованной падающей волны. Впрочем, это требует довольно большой возни. Но "пробиваемо".

[Munin]

Alex-Yu в сообщении #991725 писал(а):

А Вы посчитайте наведенный дипольный момент в приближении выше первого неисчезающего.

И как я его посчитаю, не рассматривая молекулу как квантовую систему?

[Alex-Yu]

Munin в сообщении #991733 писал(а):

И как я его посчитаю, не рассматривая молекулу как квантовую систему?

По классической максвелловской электродинамике. Пусть не молекула, а кусок фторопласта размером в метр. А длина волны --- киллометр И при чем здесь кванты? А все то же самое получится.

Можно, кстати, и проволочную (т.е. проводящую) спираль взять вместо форопласта. И еще много чего. Лишь бы не было инверсинной симметрии.

[Freude]

Alex-Yu в сообщении #991736 писал(а):

Munin в сообщении #991733 писал(а):

И как я его посчитаю, не рассматривая молекулу как квантовую систему?

По классической максвелловской электродинамике. Пусть не молекула, а кусок фторопласта размером в метр. А длина волны --- киллометр И при чем здесь кванты? А все то же самое получится.

Можно, кстати, и проволочную (т.е. проводящую) спираль взять вместо форопласта. И еще много чего. Лишь бы не было инверсинной симметрии.

Хорошо, взяли фторопласт. Как считать дипольный момент? В оптике и электродинамике есть "квазиклассическое" приближение. Но приставка "квази" здесь очень важна и означает, что материя описывается квантовомеханически. А чистая классическая электродинамика вообще не подозревает об атомной/молекулярной структуре вещества. Вещество в этом случае - это "черный ящик" с диэлектрической проницаемостью.