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Transkript Polarimetrie und spezifische Drehung

Guten Tag und herzlich willkommen, in diesem Video geht es um die Polarimetrie und spezifische Drehung. Als Vorwissen solltet ihr Kenntnisse über chirale und achirale Moleküle mitbringen und gegebenenfalls die entsprechenden Videos dazu anschauen. Ziel des Videos ist es, die Analyse chiraler Moleküle am Beispiel der Polarimetrie zu besprechen. Der Film hat folgende Gliederung: 1. Unterscheidung chiraler Moleküle 2. Polarisiertes Licht 3. Die polarimetrische Untersuchung 4. Die spezifische Drehung 5. Zusammenfassung   1. Unterscheidung chiraler Moleküle Wir haben bereits gelernt, dass chirale Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild zueinander verhalten, als Enantiomere bezeichnet werden. Hier haben wir das 1. Enantiomer, das Bild und hier das andere Enantiomer, das Spiegelbild. Um chiral zu sein, dürfen Bild und Spiegelbild nicht identisch sein. Man kann beide Moleküle aus dem Gemisch voneinander trennen und erhält folgende Ergebnisse: Die Schmelztemperaturen beider Enantiomere sind gleich, die Siedetemperaturen beider Enantiomere sind gleich, die Löslichkeiten in Wasser für beide Enantiomere sind gleich und selbst die Infrarot- und Kernresonanzspektren liefern gleiche Ergebnisse. Es ist zum Haare raufen! Was kann man tun? Den Ausweg liefert polarisiertes Licht. Was das ist und wie das funktioniert, werden wir in den nächsten Abschnitten erfahren.

  1. Polarisiertes Licht Worum es sich bei Licht handelt, werdet ihr sicher wissen. Man kann sich das Licht als so eine Lichtwelle vorstellen. Nehmen wir nun einmal an, dass die Lichtrichtung nicht von links nach rechts ist, sondern dass das Licht von oben auf die Tafelebene einstrahlt. Dann ist es möglich, dass der Lichtstrahl verschiedene Schwingungsebenen aufweist. Die Schwingungsebenen könnten horizontal oder vertikal verlaufen. Oder so: in Südost-Nordwest-Richtung. Auch die Südwest-Nordost-Richtung ist möglich. Oder diese Richtung, oder diese, oder vielleicht diese. Und schließlich ist diese Schwingungsrichtung möglich. So verhält es sich bei gewöhnlichem Licht. Es ist nicht nur jede Schwingungsrichtung möglich, sie wird auch tatsächlich ausgebildet. Das heißt Licht schwingt in alle möglichen Richtungen, sieht so aus wie ein Kreis, der von kleinen Pfeilen durchsetzt ist. Es gibt aber auch eine weitere Möglichkeit. In diesem Fall besitzt Licht nur eine einzige Schwingungsebene. In diesem Fall sprechen wir von polarisiertem Licht. Wir merken uns: Bei gewöhnlichem Licht wird eine Vielzahl von Schwingungsebenen bei der Fortpflanzung ausgeprägt. Polarisiertes Licht hingegen besitzt nur eine einzige Schwingungsebene bei der Fortpflanzung des Lichtes. Noch einmal zum Einprägen: gewöhnliches Licht = viele Schwingungsebenen, polarisiertes Licht = eine einzige Schwingungsebene. Polarisiertes Licht verwendet man für die Analyse chiraler Moleküle.

  2. Die polarimetrische Untersuchung Polarimetrische Untersuchungen wurden schon vor vielen Jahrzehnten durchgeführt. Das ist ein Beispiel für ein Gerät, an dem solche Messungen durchgeführt wurden. Ein Gerät, mit dem polarimetrische Untersuchungen durchgeführt werden, bezeichnet man als Polarimeter. Das hier ist der prinzipelle Aufbau eines Polarimeters: Im Teil 1 befindet sich die Lichtquelle. Das Licht hier schwingt in allen Schwingungsebenen. An der Stelle 2 befindet sich der Polarisator. Er bewirkt, dass eine einzige Schwingungsebene des Lichtes herausgeschnitten wird. Man erhält (rot markiert) polarisiertes Licht. Bei 3 befindet sich die chirale Substanz, die auch als optisch aktiver Stoff bezeichnet wird. Beim Durchdringen durch diesen optisch aktiven Stoff, wird die Schwingungsebene des Lichtes gedreht. Dabei ergibt sich ein Drehwinkel α, der in Grad angegeben wird. In 4 befindet sich der Analysator, mit dessen Hilfe der Winkel α bestimmt wird. In 5 sitzt der Beobachter, der den Drehwinkel α festhält. Wir können somit feststellen: Chirale, das heißt optisch aktive Moleküle, können die Schwingungsebene von polarisiertem Licht drehen. Bei einem enantiomeren Paar wird in einem Fall der Drehwinkel des polarisierten Lichts nach rechts gedreht, man schreibt dann in (+). Bei dem anderen Enantiomer wird entsprechend der Drehwinkel um den gleichen Betrag entgegen des Uhrzeigersinnes nach links gedreht, man schreibt dann (-).

  3. Die spezifische Drehung Der Drehwinkel α hängt von verschiedenen Faktoren ab. α ist abhängig von der Wellenlänge des eingestrahlten, polarisierten Lichtes. α wird vom Lösungsmittel, mit dem der chirale Stoff aufgelöst wird, bestimmt. Außerdem hängt α von der Konzentration der chiralen Verbindung ab. Außerdem ist α temperaturabhängig. Wenn man die Konzentration und die Küvettenlänge variert - hier rot dargestellt - und die anderen Größen konstant hält, so kann man eine Vereinheitlichung des Drehwinkels erzielen. Man setzt α in eckige Klammern, bezeichnet die neue Größe als spezifische Drehung und definiert: Die spezifische Drehung = α / (l × c). α wird in Grad angegeben, die Länge der Küvette in dm, die Konzentration, ich habe verschiedene Angaben gefunden, in g/ml beziehungsweise in g/100ml Lösung. Da der Drehwinkel, beziehungsweise die spezifische Drehung, von der Wellenlänge α abhängig sind, ist es notwendig, dass man monochromatisches Licht, das heißt Licht nur einer einzigen Wellenlänge, verwendet.

  4. Zusammenfassung Chirale Moleküle besitzen die Eigenschaft, dass sie die Schwingungsebene polarisierten Lichtes drehen. Da chirale Moleküle dazu in der Lage sind, bezeichnet man sie als optisch aktiv. Der Drehwinkel einer optisch aktiven Verbindung wird mit einem Polarimeter gemessen. Ein Polarimeter besteht aus 5 Teilen. In (1) befindet sich die Lichtquelle, wo monochromatisches Licht ausgestrahlt wird. Das Licht schwingt in allen Schwingungsebenen. In (2) befindet sich der Polarisator, der bewirkt, dass von allen Schwingungsebenen nur eine einzige ausgeschnitten wird. Man erhält polarisiertes Licht (rot dargestellt). Das polarisierte Licht durchläuft 3, die Küvette mit der optisch aktiven Verbindung. Dabei kommt es zu einer Drehung der Schwingungsebene des polarisierten Lichtes. Im Analysator (4) wird der Drehwinkel α detektiert. In (5) schließlich findet die Beobachtung statt. Von zwei Enantiomeren dreht eines jeweils die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes nach rechts, das heißt im Uhrzeigersinn. Man schreibt dafür auch (+). Das andere Enantiomer dreht die Schwingungsebene des polarisierten Lichtes unter den gleichen Bedingungen um genau denselben Betrag nur nach links entgegen des Uhrzeigersinnes. Man schreibt dann, als Abkürzung (-). Der Beobachter am Polarimeter stellt jeweils einen Drehwinkel α in Grad fest. α ist abhängig von der Länge der Küvette, in der sich die chirale Verbindung befindet und auch von deren Konzentration. Man definiert daher [α] = spezifische Drehung = α / (l × c).

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute - auf Wiedersehen!

Informationen zum Video
3 Kommentare
  1. 001

    Kann nur die Technik helfen. Ruf an.

    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 4 Jahren
  2. Default

    hat mir sehr gut gefallen. leider bricht das video kurz vor dem ende ab. eine technische störung!?

    Von Hamlet, vor fast 4 Jahren
  3. 001

    Versprecher von mir am Ende: "Grad" muss es heißen, nicht "Grad Celsius". Ich bitte diesen Fehler zu entschuldigen.

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren