광활성


광활성

구부러져 있는 결정의 분자구조 때문에 편광면이 회전된다.

어떤 물질은 선편광의 빛이 들어 왔을 때, 이의 편광방향을 연속해서 회전시키는 성질을 가지고 있다. 이를 광활성(optical activity)라 한다. 아래 프로그램은 이들 물질에서 빛의 편광이 어떤 모습으로 회전하는 지를 보여주고 있다. 처음 설정된 그림은 파가 진행함에 따라 그 선편광의 방향이 시계방향으로 회전하고 있다.빛의 편광상태는 빛을 마주보고 받아들이는 입장에서 그 회전이나 진동방향을 말하므로 이 경우 우선성(dextrorotatory)이라 한다. 경우에 따라서 물체가 이러한 행동과 거울대칭으로 편광 방향을 변화시키기도 하는 데 이때에는 좌선성(levorotatory)이라 한다.

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광활성의 물체에서의 편광면의 회전 모양_ $x$ 축으로 선편광의 빛이 결정 뒤에서 광활성결정으로 진입하여 결정을 빠져 나간다. 결정 속을 진행하는 빛은 진행함에 따라 점점 특정한 방향으로 편광축이 회전을 하여 결정을 빠져 나올 때에는 슬라이더로 주어진 각 만큼 기울어지게 되는 것을 보여준다. 그림에서 결정 속의 전기장를 녹색조로, 결정을 빠져나간 전기장을 푸른색조로 보여주고 있고, 또한 선편광의 방향을 양쪽 화살표로 결정의 앞뒤에 나타내었다. 또한 화면 오른쪽 그래프에는 결정에 막 입사하는 빛의 전기장결정을 막 빠져나가는 빛의 전기장진동모습을 표시하였다. 슬라이더를 움직이면 총회전각을 -100~100도 범위로 변경할 수 있고, 또한 결정의 부분을 마우스로 끌면 시야를 회전시켜가며 자세하게 살펴 볼 수 있다.

위 그림에서 보듯이 빛이 진행함에 따라 일정한 비율로 편광면이 회전하기 때문에 물질의 고유한 성질로서 단위길이 진행에 대한 회전각으로 광회전능(optical rotatory power)을 정의할 수 있다. \[ \rho = \frac{\theta}{l} \] 여기서 $l$는 진행거리, $\theta$는 총회전각이다.

아래 표는 대표적인 몇몇 물질에 대한 광회전능이다. 우선성은 $+$ 값을, 좌선성은 $-$ 값을 가지므로 여기서는 크기만 나타내었다. 또한 수정의 경우 파장 400 nm 일 때 49, 650 nm 일 때 17 등으로 민감하므로 표의 값은 특정한 파장에서의 대표적인 값이다.


몇몇 물질의 광회전능

물질

광회전능 (o/mm)

수정

~ 21.7

진사 (HgS)

~ 32.5

NaClO3

~ 3.1

터펜틴 (C10H6)

~ 0.37

photo

수정_수정은 보통 무색이나 불순물이나 격자결함에 따라 노랑, 빨강 등의 색을 연하게 띠기도 한다..

수정(quartz)는 화학성분이 SiO2으로 유리의 주요 성분과 같으나 실리콘과 산소 원자가 규칙적으로 결합해서 결정을 이루고 있는 것이다. 이들은 그 속에 포함된 불순물이나 결정의 결함이 색중심의 역할을 해서 다양한 색채를 가진 것이 있다. 그러나 순수한 수정은 무색투명하며, 결정상태는 오른쪽 아래 그림에서 보듯이 두 가지가 있다. 두 결정상태는 서로 거울상으로 하나가 좌선성이면 그의 거울상의 결정우선성을 가진다. 즉, 좌선성수정우선성수정은 그 원자조성은 같지만 결합상태가 거울에서 보는 형태로 서로 좌우 대칭이다. 이러한 좌우대칭결정(enantiomorphs)은 대부분이 그 상에 따라 좌선성우선성광활성적이다. 그러나 빛의 파장 이상의 크기의 결정을 이루지 못하는 수정은 비활성적이다.

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수정의 결정 모양에 따른 좌우선성_수정(quartz)은 결정모양에 따라 좌선성우선성광활성을 가지고 있다.


_ 결정_ 빛의 편광_ 편광방향_ 색중심_ 편광축_ 선편광_ 전기장_ 격자_ 진동_ 거울



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