Manche Stoffe, die man auch als optisch aktive Substanzen bezeichnet, können polarisiertes Licht drehen.
Optisch aktive Substanzen besitzen einen asymmetrischen Aufbau, man nennt sie auch chiral.
Diese Eigenschaft kann mithilfe eines Polarimeters gemessen werden, das Ergebnis dieser Messung nennt man den Drehwert (α\alpha).
Mithilfe dieses Drehwerts kann der spezifische Drehwinkel eines Stoffes bestimmt werden, dieser hilft bei der Stoffanalyse.
Denn von jedem chiralen Molekül gibt es zwei Versionen, diese lassen sich anhand des Drehwinkels unterscheiden.
Die optische Aktivität ist eine physikalische Eigenschaft.
In dieser Einführung stehen jetzt eine ganze Menge neuer Begriffe, im Folgenden werden diese erklärt.

Optisch aktive Substanzen

Optisch aktive Substanzen sind asymmetrisch im Aufbau, deswegen besitzen sie immer ein Kohlenstoff-Atom mit vier verschiedenen Substituenten. Dieses Kohlenstoffatom nennt man auch chiral und sie werden mit einem roten Stern (*) gekennzeichnet.
Von jedem chiralen Molekül gibt es zwei Varianten (Isomere), welche sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten.
Diese Enantiomere können über ihre optische Aktivität voneinander unterschieden werden.
Dabei dreht eines der Isomere das Licht immer nach rechts, das andere immer nach links. Mehr dazu findest du im Artikel über Chiralität.

Polarisiertes Licht

Bei polarisiertem Licht handelt es sich um Licht, welches nur in einer Ebene schwingt. Das hat übrigens nichts mit der Farbe des Lichts zu tun, da die Farbe mit der Frequenz zusammenhängt, nicht mit der Schwingungsrichtung.
Um polarisiertes Licht zu erhalten, verwendet man einen Polarisationsfilter. Dieser Filter lässt nur Licht einer bestimmten Schwingungsebene hindurch.

Das Polarimeter

Mit einem Polarimeter kann man bestimmen, ob eine Substanz optisch aktiv ist, also polarisiertes Licht dreht. Diese Eigenschaft wird über den Drehwinkel (α\alpha) gemessen.
Im folgenden wird der Aufbau eines Polarimeters beschrieben.
Schematischer AUfbau eines Polarimeters
Von einer Lichtquelle (1) wird Licht in allen Schwingungsebenen (2) ausgestrahlt. Dann trifft das Licht auf den Polarisator (3) und wird gefiltert. Nur Licht mit der passenden Schwingungsebene kann den Polarisator passieren (4).
Dieses polarisiertes Licht passiert nun die Stoffprobe (5). Dort wird das Licht durch die optische Aktivität in eine andere Schwingungsebene gedreht (6). Um herauszufinden, um welchen Drehwinkel das Licht gedreht wurde, wird der Analysator (7) verwendet.
Dabei wird der Analysator zunächst parallel zum Polarisationsfilter eingestellt, dann wird er langsam gedreht bis durchscheinendes Licht wahrgenommen werden kann (8).
Den Drehwinkel (α\alpha) kann man dann ablesen. Muss der Analysator im Uhrzeigersinn gedreht werden, wird der Stoff mit einem (+) gekennzeichnet, wird er diesem entgegen gedreht, wird der Stoff mit einem (-) gekennzeichnet werden.
Wenn man zwei Enantiomere betrachtet, dann ist immer eines linksdrehend und eines rechtsdrehend. Dadurch kann man Enantiomere voneinader unterscheiden, da alle anderen Eigenschaften bei Enantiomeren identisch sind.
Wenn der Stoff aber nicht optisch aktiv ist, hat es einen Drehwinkel von 0°, da das polarisierte Licht nicht gedreht wird.

Der spezifische Drehwinkel

Der gemessene Drehwinkel hängt nicht nur von der Stoffprobe ab, sondern auch von der Länge der durchschienenen Stoffprobe sowie der Konzentration des Stoffes.
Die Länge der durschschinenen Stoffprobe spielt eine große Rolle, da Licht mehr gedreht wird, je länger es durch den optisch aktiven Stoff wandert. Um den Drehwinkel eines Stoffes zu messen wird dieser in eine sogenannte Küvette gefüllt. Dabei handelt es sich um ein kleines Glasgefäß, dessen Länge dann für die Berechnung des Drehwinkels verwendet wird.
Viele optisch aktive Stoffe liegen bei Raumtemperatur als kristalliner Feststoff vor. Beispielsweise Glucose (Zucker) oder Aminosäuren.
Um den Drehwinkel dieser Substanzen zu messen, müssen sie zuvor in Wasser gelöst werden.
Dabei ist der gemessene Drehwinkel höher, je mehr des Feststoffes in Wasser gelöst wurde. Deshalb muss die Konzentration des Stoffes in Lösung ebenfalls beachtet werden.
Mithilfe dieser Werte kann für jeden Stoff ein spezifischer Drehwinkel berechnet werden. Diesen spezifischen Drehwinkel kann man auch im Internet finden, damit kann er bei der Analyse unbekannter Stoffe helfen.
Man berechnet den spezifischen Drehwinkel (αspez.\alpha_{spez.}) aus dem Quotienten des gemessenen Drehwinkels (α\alpha) und dem Produkt der Länge (ll) und der Konzentration (cc):
αspez. =  αl  c\displaystyle \alpha_{spez.}\ =\ \ \frac{\alpha}{l\ \cdot\ c}

Racemate

Racemate sind ein Sonderfall, ein Racemat ist eine 1:1 Mischung von zwei Enantiomeren.
Aufgrund dieser Eigenschaft sind Racemate nicht optisch aktiv, denn der Drehwinkel der Enantiomere hebt sich gegenseitig auf.
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Zu article Optische Aktivität:
wolfgang 2020-04-01 17:37:11+0200
Hey Wanda,
hier hätte ich auch noch ein wenig Feedback. Das schreibe ich dir aber morgen :-)