晶體的光學(xué)活性

    晶體物質(zhì)的種類很多，按照晶格結(jié)點上粒子的種類和粒子間作用力的不同，可以分成不同的類型。從立體化學(xué)的角度可以將晶體分成2大類，具有光學(xué)活性，和不具有光學(xué)活性。和具有光學(xué)活性的化合物一樣，晶體中粒子的排列如果存在一重反軸S1（一重對稱反軸即對稱面），二重反軸S2（即對稱中心），四重反軸S4或更高級的反軸時，則此晶體不具有光學(xué)活性。如果不存在以上幾種對稱因素，則具有光學(xué)活性。即粒子在晶體中的排列是非手性的，就不具備光學(xué)活性，若是手性的就具備光學(xué)活性。從宏觀上觀察晶體，若具有光學(xué)活性，則晶體的晶形是手性的，若不具有光學(xué)活性，則晶體的晶形是非手性的。當(dāng)然，只有透明的手性晶體才能觀察到它的光學(xué)活性。從光學(xué)活性晶體的微觀結(jié)構(gòu)觀察，其中的粒子都是以某種螺旋的形狀排列的。有些晶體的晶面螺紋在顯微鏡下可以清楚的觀察到。

    光學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn)，晶體中的粒子若以右手螺旋的形式排列時，晶體呈右螺旋。若以左手螺旋的形式排列時，晶體呈左螺旋（如下圖）。

左側(cè)是右手螺旋，右側(cè)是左手螺旋

    由于平面偏振光是由左旋圓偏振光和右旋圓偏振光組合而成。當(dāng)平面偏振光射入各向異性的晶體時。這2種圓偏振光的折射率不相等。折射率的差別，其本質(zhì)上是因為2種圓偏振光在晶體中的傳播速度不同而產(chǎn)生的。傳出晶體時，2種圓偏振光不會是同步的，重新組合成偏振光時，就改變?yōu)闄E圓偏振光，其偏振面將會產(chǎn)生一個角度的變化，這個角度就是晶體的旋光度。偏振面向右旋轉(zhuǎn)，稱為右旋，用“+”來表示。偏振面向左旋轉(zhuǎn)，稱為左旋轉(zhuǎn)，用“-”來表示。為了比較各種不同晶體旋光能力的大小，須要排除晶體厚度、晶體濃度、光的波長等對旋光度測定的影響因素。因此要將旋光度轉(zhuǎn)化為比旋光度（即在單位密度、單位厚度下的旋光度）。

[a]D20=a/（l*d）

式中：
[a]--比旋光度，20表示在室溫20攝氏度下測定，D表示鈉光D線589nm。
a--實際測得的旋光度。
l--光通過的晶體厚度，以dm為單位。
d--晶體的密度，以g*cm-1為單位。

    不同晶體的比旋光度是不同的。這樣，各種不同晶體的旋光能力就有了一個可比較的標(biāo)準(zhǔn)。平面偏振光以不同的方向穿過晶體時，旋光度相差很大，這反映出了晶體的各項性。每種晶體都有一個最大的旋光度。在比較各種不同晶體的旋光能力時，應(yīng)采用其最大的旋光度，否則這種比較就失去了意義。晶體的各向異性與光學(xué)活性的溶液和液體不同，溶液和液體中螺旋方向是任意的。因此其旋光度和入射光的方向無關(guān)。從宏觀上看，溶液和液體時各向同性，但微觀上也會是各向異性的。

光學(xué)活性晶體的分類
    光學(xué)活性的晶體可以分為2類，一類在溶液狀態(tài)下不呈現(xiàn)光學(xué)活性，另一類在溶液狀態(tài)下也呈現(xiàn)光學(xué)活性。這2類化合物的共同特點為，晶體中的粒子都排列為螺旋的形狀。一般來講，因為晶體是剛性的，晶體中的分子構(gòu)象都是以最穩(wěn)定的單一構(gòu)象存在。晶體內(nèi)螺旋方向是固定不變的，螺旋的位向也是固定不變的。晶體中的螺旋式多匝螺旋。由于這些原因使得晶體的最大旋光度總是比相同組成的溶液和氣體的比旋光度大很多。由于溶液中分子呈無序排列，溶液的總旋光方向和大小是由各種不同位向的走螺旋和右螺旋的代數(shù)和決定的，所以其旋光度一般較小。同一種物質(zhì)的晶體和其溶液的旋光方向并非都一致。在晶體的主要旋光方向是由晶體的螺旋方向所決定的。