Optik izomerizm, optik aktivitede farklılık gösteren asimetrik bir atoma sahip izomerik moleküllerin ortaya çıkması olgusudur. Dünyanın kutuplaşma düzlemini bükmek için farklı bir yetenekleri vardır. Bazıları bu uçağı sağa, bazıları ise sola çevirmektedir.
XIX yüzyılın ilk yarısı, “Polarize ışık ve optik aktivite nedir?” sorusuna yanıt arandığı bir dönem olmuştur. Bu sorunun cevabını biliyor musun? Değilse, o zaman bu makale size bu konuda yardımcı olabilecektir.
Işık polarizasyonu
Işık, farklı yönlerde yayılan bir dalga demetidir. Dalga salınım düzlemleri ve vektörler kullanılarak grafiksel olarak gösterilebilmektedir.
Bir elektromanyetik dalganın yayılma yönünü değiştirebilirsiniz. Işık, polarizör denilen uygun bir cihazdan geçirilirse, salınımların çoğu sönecektir.
Bir polarizör, içinden polarize ışığın alındığı optik bir cihazdır. Yani dalga salınımlarının bir düzlemde meydana geldiği ışıktır.
Polarizör bir yarık sistemi gibi davranmaktadır. Yalnızca yarığa paralel olarak yayılan dalgaların geçmesine izin vermektedir. Elektromanyetik dalgaların polarizörden geçtikten sonra salınım düzlemi, polarize ışık düzlemi olarak adlandırılmaktadır. Bu nedenle, bir polarizör tarafından söndürülmeyen tek ışık düzlemidir.
Polarimetre tasarımı
Polarize ışık düzleminin konumunu belirlemek için polarimetre adı verilen bir alet kullanılmaktadır. Şeması aşağıdaki gibi gösterilebilmektedir;
Şekil 3’te sayılarla belirtilmiştir;
- Işık huzmesini gözlemlemek için mercek.
- Analizör. Işığın polarizasyon düzleminin dönüş açısını (derece olarak) ölçmenizi sağlayan bir tür polarizör.
- Polarimetrik tüp. Test sıvısı içeren kap.
- Kuvars levhası (Laurent levhası olarak adlandırılmaktadır). Işının orta kısmını karartır ve böylece görüş alanını üç parçaya böler.
- Lens.
- Polarizör. Işığın bir yönde hareket ettiği optik bir cihaz.
- Işık kaynağı.
Polarizör ve analizörün eksenleri birbirine 90º dik açıyla yerleştirilmişse ve polarimetrik tüpün içinde optik olarak aktif madde yoksa veya tüp boşsa, ışık gözlemcinin gözüne girmemektedir. Bu durum pratikte ne anlama gelmektedir? Mercek tamamen karanlık bir görüş alanı göstermektedir. Gözlemci ölçekte sıfır değeri görmeli veya bu değer sıfırdan biraz sapmalıdır. Ölçekteki okumalar α1 olarak tanımlanmaktadır.
Optik olarak aktif bir madde polarimetrik bir tüpe yerleştirildiğinde ne olmaktadır?
Polarize ışığın düzlemi, yalnızca yolunda optik izomer adı verilen optik olarak aktif bir madde varsa, belirli bir açıyla (sol veya sağ) döndürülebilmektedir. Daha sonra ışığın bir kısmı analizörden geçmektedir. Göz merceğinden gözlemcinin gözüne girerken görüş alanının bir kısmı karanlık kalmaktadır. Işık demetini tamamen söndürmek için gözlemci, analizörü sola veya sağa çevirmelidir. Analizör dönüş açısı α2 olarak gösterilmektedir.
Bazı terimleri açıklayalım;
Optik izomer, polarize ışık düzlemini sağa veya sola döndürme yeteneğine sahip kiral bir bileşiktir.
Bir maddenin optik aktivitesi, bir moleküldeki (asimetrik atom olarak adlandırılan) bir atomun tetrahedral geometrisinden dolayı bir maddenin bir özelliğidir. Bu durum, bir çözeltiden geçen lineer olarak polarize ışığın polarizasyon düzleminin eğriliğinde kendini göstermektedir. Bu nedenle maddenin; madde optik olarak aktif değilse, polarize ışık düzlemini bükmemektedir.
Numunenin optik dönüşü olarak adlandırılan ışığın polarizasyon düzleminin dönüş açısı, şu formülle hesaplanmaktadır; α = α2 – α1.
Polarize ışık iki şekilde bozulabilmektedir;
- Madde, polarize ışık düzlemini sağa doğru bükmektedir. Böyle bir maddenin sağlak olduğu söylenmektedir. Polarize ışık düzleminin dönüş yönü saat yönündedir ve bağlantı adına (+) işaretiyle gösterilmektedir.
- Madde, polarize ışık düzlemini sola doğru bükmektedir. Böyle bir maddenin solak olduğu söylenmektedir. Polarize ışık düzleminin dönüş yönü saat yönünün tersinedir ve bileşik adındaki (-) işareti ile gösterilmektedir.
Hem kristaller (örneğin kuvars, şeker), hem de sıvılar (örneğin nikotin) optik aktiviteye ve ayrıca optik olarak aktif olmayan sıvılardaki katı çözeltilere, örneğin sudaki bir şeker çözeltisine sahiptir. Polarizasyon düzleminin eğriliğinin ana nedeni, ışık dalgasının ve molekülün elektronlarının etkileşimidir.
Enantiyomerler, polarize ışığın düzlemini aynı açıda ancak zıt yönde bükmektedir. Örneğin; enantiyomer A polarize ışık düzlemini +7° (sağa) döndürürse, aynı konsantrasyondaki enantiyomer B düzlemi -7° (sola) döndürmektedir.
Belirli rotasyon
Tüm ölçüm koşullarını hesaba katmak için sözde spesifik rotasyon belirlenmektedir. Bu durum ise şu formülle hesaplanmaktadır;
- λ ışığın dalga boyudur;
- T, ölçüm sıcaklığıdır [K];
- α, ışık polarizasyon düzleminin dönme açısıdır;
- c çözeltinin konsantrasyonudur [g/cm3];
- l polarimetrik tüpün uzunluğudur [dm].
Bu nedenle, ışığın polarizasyon düzleminin dönme açısı şunlara bağlıdır;
- Numune konsantrasyonu;
- Polarimetrik tüpün uzunluğu.
Spesifik rotasyonun, numuneden geçen ışığın belirli bir dalga boyunda ve kesin olarak bilinen bir ölçüm sıcaklığında belirlendiğine dikkat etmek önemlidir.
