Actividad óptica

          La luz posee ciertas propiedades  que se comprenden  mejor si se considera como un fenómeno ondulatorio, cuyas vibraciones son perpendiculares a la dirección de su desplazamiento. Hay un número infinito de planos  que pasan por la línea de propagación y la luz  ordinaria vibra en todos estos planos. Consideremos  que se está mirando de frente  una linterna muestra esquemáticamente el tipo de vibraciones que tienen lugar, todas ellas perpendiculares a una línea entre nuestros ojos  y el papel . La luz polarizada en  un plano es luz cuyas vibraciones ocurren  en uno solo de sus planos  posibles. La luz  ordinaria se convierte en polarizada  haciéndola pasar a través de una lente hecha del material conocido como Polaroid o, más tradicional, por trozos de calcita (una forma cristalina particular del CaCO3), dispuestos de forma que constituyen lo que se conoce como un prisma de Nicol.

         Una sustancia ópticamente activa es la que rota el plano de la luz polarizada. Cuando se hace pasar luz polarizada, vibrando en un plano determinado, por una sustancia ópticamente activa, emerge vibrando en un plano diferente.

El polarímetro

Se detecta y mide por medio de un instrumento  llamado polarímetro, consta de una fuente luminosa, dos lentes (Polaroid o Nicol), y entre ellas  un tubo portador  de la sustancia  que se va a examinar  para determinar su actividad óptica. La disposición de estas piezas  es tal que la luz pasa por una de las lentes  (polarizador), luego por el tubo, después por la segunda lente (analizador), y finalmente llega al ojo. Si el tubo está vacío, observamos que el máximo de luz alcanza  al ojo cuando la  disposición de ambas lentes es tal que dejan  pasar luz que vibra en el mismo plano. Si rotamos la lente más cercana al ojo, por ejemplo, observamos que la luz se amortigua y alcanza un mínimo cuando la lente está perpendicular a su posición original.

Ajustamos las lentes de modo que pase el máximo de luz, luego colocamos en el tubo la muestra que se desea analizar. Si la sustancia no afecta al plano de polarización, la transmisión lumínica  sigue siendo máxima, y se dice que el compuesto es ópticamente inactivo. En cambio, si la sustancia desvía el plano de polarización, debe rotarse la lente más cercana al ojo para ajustarla al nuevo plano, si se quiere que la transmisión lumínica sea otra vez máxima; se dice que el compuesto es ópticamente activo. Si la rotación del plano y, el giro de la lente es hacia la derecha,  la sustancia, es dextrógira.   Si la rotación es hacia la izquierda es levógira.

No sólo  podemos  determinar que el compuesto ha girado el plano y en qué dirección, sino también la magnitud del giro, que es simplemente el número de grados que debemos rotar la lente para ajustarla a la luz. Se emplean  los símbolos + y - para indicar giros a derecha e izquierda, respectivamente.

El ácido láctico, que se extrae del tejido muscular, gira la luz hacia la derecha, por lo que se conoce como ácido láctico  dextrógiro, o ácido (+)-láctico. El 2-metil-1-butanol, desvía la luz hacia la izquierda, por lo que se le conoce como 2-metil-1-butanol  levógiro, o (-)-2-metil-1-butanol.

  Rotación específica

    Puesto que la rotación óptica del tipo que nos interesa es causada por moléculas individuales del compuesto activo, la magnitud de la rotación depende de cuántas moléculas sean interceptadas por la luz a su paso por el tubo.

    En un tubo de 20 cm de largo, la luz se topará con el doble de moléculas que en uno de sólo 10 cm, por lo que la rotación también será doble. Si el compuesto activo se halla en solución, la cantidad de moléculas con que se encuentra la luz depende de la concentración.  Para un tubo de longitud dada, la luz interceptará dos veces más moléculas en una solución de 2 g por 100 ml de disolvente que en una con 1 g por 100 ml de disolvente, por lo que la rotación será doble. Si se consideran la longitud del tubo y la concentración, resulta que  la magnitud del giro, además de su sentido, es una característica de cada compuesto activo individual.

    Rotación específica es el número observado de grados de rotación si se emplea un tubo de 1 Dm. (10 cm) de largo y si el compuesto examinado está presente en la cantidad de 1 g/ml.

    Para tubos de otras longitudes y concentraciones diferentes, se calcula por medio de la ecuación

 

           

                                  

Donde d representa la densidad de un líquido puro o la concentración de una solución.

La rotación específica es una propiedad tan característica de un compuesto como lo es sus puntos de fusión y ebullición, su densidad o su índice de refracción. Así, la rotación específica del 2-metil-1-butanol es:

   

 

 Aquí, 20 corresponde a la temperatura y D a la longitud de onda de la luz empleada en la medición.