Фарадeя эффект

ФАРАДEЯ ЭФФЕКТ, заключается во вращении плоскости поляризации линейно поляризованного света. распространяющегося в в-ве вдоль постоянного магн. поля, в к-ром находится в-во.

Под влиянием магн. поля заряженные частицы в-ва приобретают вращат. движение в плоскости, перпендикулярной направлению поля. У в-ва появляется наведенный магн. момент. Поскольку электрич. и магн. индукции в в-ве зависят от наличия магн. момента и магн. поляризации среды под влиянием поля, то эта зависимость проявляется в том, что у световой монохроматич. волны, распространяющейся в направлении поля и поляризованной по кругу, возникает сдвиг фазы, причем знак сдвига зависит от направления круговой поляризации. В результате для любой волны, представляющей собой суперпозицию двух компонент - волн, поляризованных по кругу в противоположных направлениях,- меняется соотношение фаз компонент. В частности, линейно поляризованный свет, представляющий собой линейную комбинацию с равными весами лево- и правополяризованных по кругу волн, переходит вновь в линейно поляризованный, но с повернутой (на угол a) относительно направления распространения волны плоскостью поляризации. Такое изменение фаз эквивалентно различию показателей преломления в-ва (или, что то же, скорости распространения световой волны) для лево- и правополяризованных волн.

В области не очень сильных магн. полей угол вращения a плоскости поляризации определяется ф-лой:

a = V(w,T)·l·B,

где V(w,T) -постоянная Верде, зависящая от св-в в-ва, частоты w монохроматич. излучения и т-рыT; l - оптич. длина пути, напр., длина кюветы, в к-рой находится в-во; В -магн. индукция постоянного магн. поля. Для р-ра концентрации с величину l надо заменить на сl. Постоянная Верде V_M для моля в-ва определяет молярное вращение чистого в-ва: V_M= VM/r (M - молярная масса, r - плотн. в-ва) или молярное вращение в-ва в р-ре: V_M = V/c.

Знак угла вращения (X принимается положительным для вращения плоскости поляризации по часовой стрелке, если распространение света совпадает с направлением магн. поля и наблюдатель смотрит на источник света. Такой выбор знаков распространен в химии; в физике обычно принят обратный выбор знаков. По численному значению постоянные Верде, как правило, очень малы: сотые доли угловых минут. Для ряда парамагн. в-в они составляют десятые доли минуты. Наиб. значения, достигающие десятков минут, постоянные Верде имеют для ферромагн. в-в.

При частоте D-линии натрия (w ~ 17000 см^-1) для большинства в-в постоянные Верде отрицательны и лишь нек-рые парамагн. в-ва (напр., соли железа) вращают плоскость поляризации в положит, направлении. При обратном прохождении луча света его плоскость поляризации вращается в противоположную сторону по отношению к этому лучу, тогда как по отношению к направлению поля B - в том же направлении, что и при прямом прохождении. Это позволяет использовать многократное прохождение луча для накопления угла поворота a.

Зависимость угла поворота a от частоты наз. дисперсией магн. оптич. вращения: a= a(w). Дисперсия сильно зависит от структуры энергетич. спектра молекулы, в частности от того, как проявляется Зеемана эффект у вырожденных в отсутствие магн. поля энергетич. уровней. Переходы между зеемановскими подуровнями, расщепленными в при-сут. поля, из-за Фарадея эффекта оказываются поляризованными, что в свою очередь сказывается на форме кривых дисперсии магн. оптич. вращения. С этими же причинами - поляризацией переходов - связан и магн. круговой дихроизм, определяемый разностью молярных коэф. поглощения лево-и правополяризованного по кругу света: De(w) = e_Л(w) - e_П(w).

В химии часто используют эмпирич. соотношения, связывающие постоянные Верде с хим. строением молекул, напр, в гомологич. рядах применяют аддитивность величин V_M по структурным фрагментам молекул. Более точно аддитивность выполняется для т. наз. мол. постоянной магн. вращения D = 9nV_M/(n² + 2), где n - показатель преломления. Отклонения от аддитивности связывают с проявлением особых, спе-цифич. эффектов взаимного влияния атомов в молекуле. Так, на основе анализа подобных отклонений было высказано предположение об уменьшении ароматичности молекул фторбензола и фурана по сравнению с бензолом и т.п. Методы, использующие Фарадея эффект, применяют также для качеств, и количеств, анализа р-ров ряда в-в в широких интервалах концентраций. Магн. круговой дихроизм используют при изучении высокосимметричных в-в (координац. соединений, биологически активных в-в с симметричными активными центрами и др.), поскольку именно для таких в-в наиб, часто встречаются вырожденные состояния.

Эффект открыт M. Фарадеем в 1845. н. Ф. Степанов.