Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

обсуждение вопросов физической химии и химической физики
physical chemistry and chemical physics: discussions for professionals
dimas5552
Сообщения: 152
Зарегистрирован: Вт дек 29, 2009 10:31 am

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение dimas5552 » Ср апр 04, 2012 11:23 am

Но точно так же можно и плоскую волну считать суммой двух круговых.
Какаята каша масляная получается - одну плоскую волну считать суммой двух круговых волн, каждая из которых состоит из двух плоских волн и в итоге получается что одна плоская волна это сумма 4-х плоских волн...

Призма Николя разве дает свет с круговой поляризацией?

Аватара пользователя
ИСН
Робин Гуд
Сообщения: 8535
Зарегистрирован: Пт окт 10, 2003 5:32 pm
Контактная информация:

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение ИСН » Ср апр 04, 2012 11:34 am

Я не помню, что такое призма Николя, а искать влом.
Отношение круговой волны к сумме двух плоских волн не описывается словами "состоит из". Оно описывается словами "можно считать". По-хорошему, тут уравнения писать надо, а вот как показать на пальцах... Число 3 состоит из 1 и 2, что ли?

Аватара пользователя
SkydiVAR
Сообщения: 10841
Зарегистрирован: Пн янв 19, 2009 12:51 am
Контактная информация:

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение SkydiVAR » Ср апр 04, 2012 11:54 am

Признаюсь, я тоже не знаю, почему и каким образом хиральные молекулы вращают плоскость поляризации плоскополяризованного света. Честно говоря, подначивая Вас, я в тайне надеялся, что более сведущие коллеги смогут разъяснить проблему, или Вы, в своем энтузиазме, найдете объяснение - тогда заодно и я узнаю... ;-)
Если моя информация еще не устарела, конкретный механизм этого явления или совсем не известен, или известен в очень узком кругу. Мне не известно ни одного метода предсказать по структуре молекулы на какую величину и в каких условиях, и даже - в какую сторону! - данное вещество будет вращать плоскость поляризации. И будет ли вообще вращать! Более того, некоторое время назад мне попадалась информация (источник не помню), что водный раствор некой аминокислоты, кажется, даже из протеогенных, изменяет не только величину, но и направление вращения при изменении температуры раствора с 0°C до +50°C - что-то типа с -20° до +5° (за цифры не ручаюсь).
Я со своей стороны могу пожелать Вам только всяческих успехов в Ваших изысканиях. И - не сочтите за труд, если Вы все-таки найдете обяснение, опишите здесь или дайте хотя бы ссылку на источник информации. Мне тоже интересно.
Меч-кладенец - оружие пофигистов.

dimas5552
Сообщения: 152
Зарегистрирован: Вт дек 29, 2009 10:31 am

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение dimas5552 » Ср апр 04, 2012 12:11 pm

Ну чтож... по крайней мере стало немного легче что опытные люди то же не имеют представления о природе этого явления... Однако я то же уже почти сдался - нигде нет конкретного и популярного объяснения природы вращения плоскости света - везде написано либо так что разобраться в этом может только сам "писатель" этого, либо кидают на разные ссылки, которые практически не имеют прямого отношения к явлению вращения :(

Аватара пользователя
amge
Сообщения: 2050
Зарегистрирован: Вт июл 31, 2007 11:42 am

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение amge » Ср апр 04, 2012 12:32 pm

SkydiVAR писал(а):Мне не известно ни одного метода предсказать по структуре молекулы на какую величину и в каких условиях, и даже - в какую сторону! - данное вещество будет вращать плоскость поляризации.
Это можно считать квантовой химией, причем, насколько я понимаю, довольно точно. Некоторые примеры - здесь.

dimas5552
Сообщения: 152
Зарегистрирован: Вт дек 29, 2009 10:31 am

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение dimas5552 » Ср апр 04, 2012 1:23 pm

Некоторые примеры - здесь.
Мда, только всё на английском :(

Аватара пользователя
ИСН
Робин Гуд
Сообщения: 8535
Зарегистрирован: Пт окт 10, 2003 5:32 pm
Контактная информация:

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение ИСН » Ср апр 04, 2012 1:46 pm

Ну тут уж одно из двух. Вы чего хотели? Знать, что такая информация в природе есть? Вот, она есть. Или понимать её? Тогда придётся - - -

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Сб апр 21, 2012 12:28 am

Квантохимически углы предсказывают, причем достаточно точно, даже для особо хитрых молекул.
поворот плоскости трактуют обычно как следствие разной скорости двух волн.
Но есть другие занятные модели, типа спиральной модели молекулы, прилагаю книгу Вилкова, стр 175 конец. Мелкие медные спиральки вращали плоскость поляризованного микроволнового излучения (а на свете Элмагизлучение клином не сошлось).
Толком в теме разобраться не удалось, но могу предложить пару интересных (имхо) вещей:
русскую трактовку ФизЭнцикСловарем, микроволновую привязку и связь с магнетизмом.
Книжка немаленькая поэтому если админам ненравится - скажите, я уберу и пропишу ее реквизиты.

P.S. Кстати да, угол и даже знак вращения абсолютно невразумительно зависят от растворителя и температуры. Хотя коль скоро рассчеты успешно воспроизводят (температуру точно), то значит умным людям писавшим алгоритм это наверное было понятно.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
chem_vova
Сообщения: 80
Зарегистрирован: Вс июн 11, 2006 3:05 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение chem_vova » Вс апр 22, 2012 12:53 am

Очень простое объяснение, почему энантиомеры вращают плоскость, дано в книге "О.А.Реутов, А.Л.Курц, К.П.Бутин. Органическая химия. Углубленный курс". Вся книга есть в Интернете, к тому же глава "Теоретическая стереохимия", где и приведено объяснение, доступна легально

Код: Выделить всё

http://www.chem.msu.ru/rus/teaching/butin/welcome.html

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Вс апр 22, 2012 4:12 am

У меня рука не поднимается назвать это очень простым.
Во-первых там опять все начинается с двух циркулярнополяризованных волн, которые тут уже поминали.
Надо разобраться вообще с ЦиркПол волной: когда мы говорим о плоскополяризованном свете мы говорим что его удобно рассматривать как сумму. А вот когда свет поляризуется (то есть идет через кристалл кварца) мы ЦиркПол волну не рассматриваем, ибо помрет она сразу. Что произойдет если мы циркулярно-пляризовнный свет (допустим призмой николя) пошлем через поляризатор?
Во-вторых - а почему хиральные молекулы "проявляют анизотропию поляризуемости"? Например влияние все того же ЦиркПол света на рацемат было показано, но я никогда не видел чтобы ктото сравнивал скорости двух ЦПволн прошедших через один и тот же хиральный раствор (а кстати почему это нельзя сделать какнибудь допустим интерферометрически?).

Вот кстати еще одна занятная работка. Много букв, но на русском. Впринципе бы пошла в тему о возникновении жизни на земле, но та уже почила.
У вас нет необходимых прав для просмотра вложений в этом сообщении.

Аватара пользователя
chem_vova
Сообщения: 80
Зарегистрирован: Вс июн 11, 2006 3:05 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение chem_vova » Пт май 11, 2012 11:26 pm

Гесс писал(а):У меня рука не поднимается назвать это очень простым.
Во-первых там опять все начинается с двух циркулярнополяризованных волн, которые тут уже поминали.
Надо разобраться вообще с ЦиркПол волной: когда мы говорим о плоскополяризованном свете мы говорим что его удобно рассматривать как сумму. А вот когда свет поляризуется (то есть идет через кристалл кварца) мы ЦиркПол волну не рассматриваем, ибо помрет она сразу. Что произойдет если мы циркулярно-пляризовнный свет (допустим призмой николя) пошлем через поляризатор?
Во-вторых - а почему хиральные молекулы "проявляют анизотропию поляризуемости"? Например влияние все того же ЦиркПол света на рацемат было показано, но я никогда не видел чтобы ктото сравнивал скорости двух ЦПволн прошедших через один и тот же хиральный раствор (а кстати почему это нельзя сделать какнибудь допустим интерферометрически?).
В книге "Физические методы исследования в химии" (Л.В, Вилков, Ю.А. Пентин, файл был размещен ранее в этой теме) в статьях о дисперсии оптического вращения и круговом дихроизме дана та же самая информация, но со всеми необходимыми формулами. Я написал о "простом объяснении", так как оно не включает в себя всю математику. Циркулярно-поляризованная волна в призме Николя изменится, но не помрет. Сравнить показатели преломления интерферометрией нельзя из-за малой разницы (порядка 10^-6), как указано в той же книге.
Дать какие-то более точные и развернутые комментарии я уже не смогу, так как поляриметр и КД использую только как инструменты, не вникая в теорию.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение VTur » Пн май 21, 2012 10:09 pm

ytn писал(а):Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света? Интересный вопрос в котором гугл мне не смог помочь... В чем природа взаимодействия света и молекулы?
В двух словах будет не очень грамотно, но попробую.
Потому что возбудить (деформировать) электронную плотность в молекуле в одной плоскости легче, чем в перпендикулярной. (в перпендикулярной не обязательно, но удобнее использовать декартову систему координат). Например за первую плоскость выбирается направление наилегчайшего деформирования, ну а вторая автоматом - перпендикуляр. Но вдоль молекулы это направление (наилегчайшая плоскость с такими-то координатами, например вверх) не сохраняется. Т.е. в "начале" и "конце" молекулы эта плоскость имеет разные направления. Это не так в том смысле, что деформируется вся электронная плотность сразу (аналогия - она начала вибрировать), но в разных частях максимум деформации направлен в разные стороны.
После отстоя требуйте долива

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Вт май 22, 2012 12:43 am

chem_vova, ага, я книгу и прикладывал. Я ее читал, но мне она ничего не обьяснила.
VTur. Теперь возникает несколько вопросов:
1) А как реализуется деформация?
2) Деформация постоянная по времени?
3) Как деформация влияет на свет?
4) Это не обьясняет приходит ли молекула сама в движение. Был у меня обзор, выкладывал в теме про хиральность и возникновение жизни на земле, в котором говорится, если я правильно понимаю, что плоскополяризованный свет приводит хиральную молекулу, или ее фрагмент во вращение, а циркулярнополяризованный - даже в unidimensional вращение. Вот это можно обьяснить?

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение VTur » Вт май 22, 2012 10:33 pm

Гесс писал(а): 1) А как реализуется деформация?
2) Деформация постоянная по времени?
3) Как деформация влияет на свет?
4) Это не обьясняет приходит ли молекула сама в движение. Был у меня обзор, выкладывал в теме про хиральность и возникновение жизни на земле, в котором говорится, если я правильно понимаю, что плоскополяризованный свет приводит хиральную молекулу, или ее фрагмент во вращение, а циркулярнополяризованный - даже в unidimensional вращение. Вот это можно обьяснить?
Сразу говорю, что это чисто механическая аналогия. В квантовой механике все аналогии кривые.
1. Где-то эл. плотность сжимается, где-то разжимается. (На самом деле изменяется распределение амплитуды вероятности)
2. Осциллирует с частотой падающей волны (иначе - комбинационное рассеяние)
3. Вопрос не понял. Свет - это излучение с длинной волны от сих до сих. Что имелось в виду?
4. Если молекула поглощает энергию, то изменяется ее электронно-колебательно-вращательное состояние (может считать, что она начала вращаться быстрее), если вращательное состояние не изменилось, то момент импульса остался прежним. В газе это хоть как-то можно себе представить, но чтоб она беспорядочно вращалась в жидкости?
После отстоя требуйте долива

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Вт май 22, 2012 11:21 pm

3) Ну вот упал фотон на молекулу. Привел к деформации электронной плотности. При этом чтото происходит с волной/фотоном. Причем если молекула ахиральна это что-то в смме нивелируется. А если хиральна - то накапливается и реализуется в макрометрическом параметре "вращение плоскости поляризовааного света". Что именно "Что-то"?
4) допустим мы насажали хиральных молекул на поверхность, жестко привязав их к поверхности, но оставив возможность вращаться. Очевидно что вращение возможно в двух направлениях оно абсолютно неупорядоченно и зависит в первую очередь от температуры. При определенной температуре будет определенная "средняя температура по больнице". Но не в этом суть. Если мы освещаем поверхность поляризованным светом то характеристики прошедшего или отраженного света будут связаны с типом хиральных молекул, их концентрацией и тп. То есть с вращательной силой вещества. То есть молекулы на свет влияют. Мне думается так, если нет - поправьте. Но даже это неважно. Окажет ли падающий свет какое либо влияние на поведение самих молекул?
Если проводить макроскопическую аналогию: допустим я стреляю пульками по вентилятору, при этом я наблюдаю 1) изменение траектории пулек 2) вращение лопастей вентилятора, ибо пульки выполняют роль напора воздуха для ветряной мельницы, воды для турбины и пр.
С другой стороны можно например заблокировать лопасти вентилятора, пульки попрежнему будут отклоняться, но вращения вентилятора небудет. Можно такую аналогию применять к хиральной молекулу и свету?

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение VTur » Ср май 23, 2012 4:49 pm

В 3) процесс описан некорректно. В такой модели я ничего толком объяснить не могу, а дальше ее упрощать нельзя - можно докатиться до модели летающих по молекуле среди ядер электронов.

Я обязательно тут же отвечу на Ваш вопрос, если пойму, что Вы подразумеваете под электромагнитной волной.
Просто напишите мне типа электромагнитная волна - это ... , и, исходя из этого, я соберу свои мысли в кучу и отвечу.

"Если проводить макроскопическую аналогию: допустим я стреляю пульками по вентилятору, при этом я наблюдаю 1) изменение траектории пулек 2) вращение лопастей вентилятора, ибо пульки выполняют роль напора воздуха для ветряной мельницы, воды для турбины и пр.
С другой стороны можно например заблокировать лопасти вентилятора, пульки попрежнему будут отклоняться, но вращения вентилятора небудет. Можно такую аналогию применять к хиральной молекулу и свету?"
Здесь вы переходите от жидкости к газу. Существует явление давления света на газы (открыл П. Лебедев 100 лет назад), но если фотоны рассеваются, то при упругом либо неупругом рассеянии нужный Вам эффект вряд ли можно обнаружить. Все усредниться. Он будет обнаружен при переизлучении, которое будет по принципу Гюйгенса-Френеля вперед, но тогда не будет рассеяния.
Здесь Вы пытаетесь описать нужное Вам явление другой моделью.
После отстоя требуйте долива

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение VTur » Ср май 30, 2012 9:00 pm

Прошло время, не знаю, нужен ли здесь мой ответ, но если взялся буду отвечать.

Так как не знаю Вашу модель и, соответственно, не могу ответить в понятных Вам терминах, придётся придерживаться моей модели. Но тогда отвечать потребуется длинно.

Эл.маг. волна - это не поток частиц и не физическое тело, это процесс. Это возмущение, распространяющееся в эл-маг поле, либо эл-маг поле, распространяющееся в пустом пространстве. Но иногда, этот процесс удобнее рассматривать как поток частиц, но так как волна переносит энергию и не переносит в-во, то фотоны не частицы в-ва, с этой точки зрения они - квазичастицы, как фононы.

В квант. мех. молекула - это ядра, погруженные в электронную плотность. Х...ральные молекулы имеют ядерный остов, представимый либо спиралью, либо куском спирали. Этот остов поляризует эл. плотность, в которой направление наилучшей (облегченной) поляризации также закручено соответственно ядерному остову.

Допустим волна плоскополяризована, примем, что вертикально. Если нужно это как-то представить, то считаем, что в каждой точке пр-ва, до которого дошла волна происходит увеличения напряженности вверх-вниз, а влево-вправо почти нет. Дойдя до молекул, волна выстраивает их (с учетом распределения по температуре и флуктуаций) в том же направлении наилучшей поляризацией вверх. Волна возбуждает в молекуле деформацию вверх-вниз на что затрачивается работа (описывается, как поглощение кванта энергии - фотона). Волна деформации бежит по молекуле и при этом поворачивается, согласно направлению наилучшей поляризации - где легче, там и амплитуда больше. На выходе деформационная энергия отдается в поле (излучается фотон). Теперь в волне две деформации - та что бежала в нем и та, что отдана волной. Они складываются. Направление возмущения в поле (плоскость поляризации волны) есть равнодействующая этих двух движений. Т.е. уже немного отклоняется от вертикали. Чем больше молекул, тем сильнее - плоскость поляризации волны повернулась на угол, пропорциональный концентрации и удельному вращению (характеристика молекулы).

Ответил длинно - читать невозможно и коротко, чтобы быть точным.
После отстоя требуйте долива

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Ср май 30, 2012 9:32 pm

извините пожалуйста, я совершенно забыл про эту тему и каким то образом неувидел ваш ответ.
Да тема интересна, сегодня вряд ли, но в ближайшие дни я попробую вникнуть в ващу модель.
Пока мне она несовсем понятна, но возможно обмозговывание поможет.

Аватара пользователя
Гесс
Сообщения: 13067
Зарегистрирован: Ср фев 15, 2012 11:19 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение Гесс » Ср май 30, 2012 9:50 pm

Во первых я несовсем понял фразу:
VTur писал(а): Дойдя до молекул, волна выстраивает их (с учетом распределения по температуре и флуктуаций) в том же направлении наилучшей поляризацией вверх.
Поворот молекулы не может быть беззатратным процессом (по энергии), но тут вы энергию не помянули. Я предполагал что молекулы взаимодействуют с волной неупорядоченно, давая независимые эффекты зависящие от положения молекулы в пространстве, эффекты складываются и угол вращения - это та самая средняя температура по больнице, то есть параметр статистический а не прокрустово-ложевый для всех молекул.

а можно предложить аналогию с морской волной и судном на которое она набегает?
Когда волна набегает на ахиральное судно то она либо
1 модель с поворачивающимися молекулами: поворачивает судно носом, оббегает его без больших искажений и уходит
2 модель с разуорядоченнными молекулами: искажается определенным образом, в зависимости от борта судна и угла судна к волне, и уходит от корабля уже искаженной, встречает следующее судно, опять искажается и т.п. в результате получает суммарное искажение группы судов но так как их 10 в 24 степени то они равновероятно повернуты под всеми углами и суммарное искажение волны равно 0. Я не уверен что первые и последние суда окажут одинаковый эффект на волну.

Когда волна набегает на "гнуто-хиральное судно" искажение (стабильное для каждой молекулы в 1ой модели или суммарное во 2ой модели) оказывается отличным от 0 и зависит от числа судов на которых волна исказилась.

Такая макромодель прокатит?
А то еще напряженность в точке до которой дошла волна... У меня волна ассоциируется с фронтом волны, а на фронте волны все точки равнозначны и направлений градиентов у них два: нафиг от центра или наоборот.
Мож моделька и некорректненька.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Re: Почему энантиомеры вращают плоскость поляризации света?

Сообщение VTur » Ср май 30, 2012 10:27 pm

Гесс писал(а):Во первых я несовсем понял фразу:
VTur писал(а): Дойдя до молекул, волна выстраивает их (с учетом распределения по температуре и флуктуаций) в том же направлении наилучшей поляризацией вверх.
Поворот молекулы не может быть беззатратным процессом (по энергии), но тут вы энергию не помянули.
Молекулам передается часть энергии волны - среда нагревается при прохождении света (закон Бугера-Ламберта-Бера), только это изменяет равновесное распределение по температуре и при небольших изменениях температуры не влияет на эффект (при больших влияет, но это уже о другом).
Гесс писал(а): Я предполагал что молекулы взаимодействуют с волной неупорядоченно, давая независимые эффекты зависящие от положения молекулы в пространстве, эффекты складываются и угол вращения - это та самая средняя температура по больнице, то есть параметр статистический а не прокрустово-ложевый для всех молекул.
Вращение же всё равно в одну сторону. Но если интенсивность волны мала и она не способна выстроить молекулы, эффект все равно будет, но мал, и вопрос будет стоять об его обнаружении.
Гесс писал(а):а можно предложить аналогию с морской волной и судном на которое она набегает?
Когда волна набегает на ахиральное судно то она либо
1 модель с поворачивающимися молекулами: поворачивает судно носом, оббегает его без больших искажений и уходит
2 модель с разуорядоченнными молекулами: искажается определенным образом, в зависимости от борта судна и угла судна к волне, и уходит от корабля уже искаженной, встречает следующее судно, опять искажается и т.п. в результате получает суммарное искажение группы судов но так как их 10 в 24 степени то они равновероятно повернуты под всеми углами и суммарное искажение волны равно 0. Я не уверен что первые и последние суда окажут одинаковый эффект на волну.
Вопрос в интенсивности волны и чувствительности прибора.
Гесс писал(а):Когда волна набегает на "гнуто-хиральное судно" искажение (стабильное для каждой молекулы в 1ой модели или суммарное во 2ой модели) оказывается отличным от 0 и зависит от числа судов на которых волна исказилась.
Эффект прямо пропорционален концентрации.
Гесс писал(а):А то еще напряженность в точке до которой дошла волна... У меня волна ассоциируется с фронтом волны, а на фронте волны все точки равнозначны и направлений градиентов у них два: нафиг от центра или наоборот.
Мож моделька и некорректненька.
Волна - это возмущение (осцилляции физ. величин) в каждой точке пространства, где она существует. У Вас два направления, они задаются скоростью и напряженностью. Действие задается напряженностью.
После отстоя требуйте долива

Ответить

Вернуться в «физическая химия / physical chemistry»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 297 гостей