Pouvoir rotatoire

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Le pouvoir rotatoire est la propriété qu'ont certains composés en solution de faire tourner le vecteur lumineux d'un faisceau lumineux la traversant. Cela apparaît notamment dans des solutions de molécules chirales, dans certains cristaux, et dans des gaz d'atomes à spins alignés. On l'utilise dans l'industrie du sucre pour mesurer la concentration du sirop, en viticulture pour déterminer la concentration en sucre du jus de raisin et en chimie pour caractériser certaines solutions. Une méthode permettant de mesurer la concentration de sucre dans le sang des diabétiques est en développement. Les composés induisant une déviation du vecteur vers la droite (quand on fait face à la lumière) est qualifiée de dextrogyre (ex : saccharose). Les composés induisant une déviation du vecteur vers la gauche (quand on fait face à la lumière) est qualifiée de lévogyre (ex : fructose).

[modifier] Histoire

La rotation de la polarisation d'une lumière polarisée rectilignement fut observée au début du XIXe siècle, notamment par Jean-Baptiste Biot, avant que la nature des molécules soit comprise. Des polarimètres ont alors été utilisés pour mesurer la concentration de sucres, comme le glucose, en solution. Leur nom était même parfois associé à cet effet, comme le dextrose, qui fait tourner la polarisation vers la droite.

[modifier] Théorie

Une polarisation rectiligne peut être décomposée en deux polarisations circulaires tournant en sens contraire à vitesses différentes :

$\vec E=\vec E_D+e^{i2\theta}\vec E_G$

où $θ$ caractérise la direction de la polarisation, $\vec E$ est le champ électrique, et $\vec E_G$ et $\vec E_D$ sont ses composantes circulaires gauche et droite.

Dans un matériau optiquement actif, les deux composantes subissent un indice de réfraction différent. La différence $Δ n$ entre ces deux indices caractérise le matériau. Après avoir en avoir traversé une longueur L, l'angle de rotation s'écrit :

$\Delta \theta=\pi \frac{\Delta n L}{\lambda}$ ,

où $λ$ est la longueur d'onde de la lumière (dans le vide).

[modifier] Utilisations

Pour une solution, son activité optique permet de mesurer sa concentration.

En présence d'un champ magnétique, toutes les molécules ont une activité optique. Ainsi on observe une rotation de la polarisation d'une lumière traversant un milieu soumis à un champ magnétique. Cet effet Faraday est l'une des premières découvertes de lien entre la lumière et l'électromagnétisme.