Sciroppi “otticamente attivi”

Cosa si nasconde in uno sciroppo di zucchero? Al di là dei suoi utilizzi in cucina, una soluzione zuccherina possiede la proprietà di quelle sostanze che sono “otticamente attive“ (quando sono attraversate da una luce polarizzata), costituite da molecole contenenti atomi di carbonio in posizione asimmetrica. 

Ma andiamo con ordine. La polarizzazione di un’onda elettromagnetica si ottiene quando l’onda oscilla in una particolare direzione; la luce, essendo un’onda trasversale, può essere polarizzata; le onde longitudinali invece, come il suono, non possono essere polarizzate perché viaggiano nella stessa direzione dell’onda.

Si può ottenere luce polarizzata mediante un filtro polarizzatore, come quelli usati in fotografia per saturare i colori del cielo. Ebbene, il potere di una soluzione zuccherina è quello di far ruotare il piano di vibrazione della luce polarizzata; la rotazione avviene in senso orario guardando nella direzione di propagazione della luce per le sostanze chiamate destrogire come il saccarosio e il glucosio, oppure in verso antiorario per le sostanze levogire come il fruttosio. In particolare, il saccarosio ha potere destrogiro di +66,5°, il glucosio ha potere rotatorio destrogiro di + 52,7° e il fruttosio ha un forte potere rotatorio levogiro di – 92,4°.

Le misure dell'angolo di rotazione del piano di polarizzazione vengono ampiamente usate nella tecnica polarimetrica per determinare la concentrazione delle soluzioni, in particolare di quelle a base di zuccheri. L'ampiezza dell’angolo di rotazione dipende dal potere rotatorio della molecola otticamente attiva in soluzione e dal numero di molecole con le quali il fascio di luce interagisce, numero a sua volta dipendente dalla concentrazione della soluzione e dalla lunghezza del porta-campioni utilizzato. Altri parametri da cui dipende l’angolo di rotazione sono la temperatura della soluzione e la lunghezza d'onda della luce. Per esempio, nel visibile, tale rotazione è maggiore per la luce blu che per quella rossa. 

Quando la luce bianca polarizzata emerge dalla soluzione trasparente, i suoi colori non vibrano più tutti nello stesso piano: un filtro polarizzatore è perciò in grado di fermare alcuni colori e farne passare altri. Per questa ragione le misure del potere rotatorio delle soluzioni di zucchero in acqua vengono eseguite con luce monocromatica (oltre che e a temperatura ambiente).

Se abbiamo due polarizzatori per macchina fotografica o due lenti polarizzate di un paio di occhiali da sole possiamo fare interessanti esperimenti. Ci occorre un recipiente cilindrico graduato da 100 ml, in plastica o in vetro, dello sciroppo di mais e i due filtri polarizzatori, uno dei quali sarà posto al di sopra del recipiente e l’altro al di sotto. Una sorgente di luce intensa deve illuminare dal basso il cilindro e si può utilizzare ad esempio un foglio bianco posto sotto il cilindro e illuminato da una lampada, oppure semplicemente una torcia che lo illumina dal basso. 

Dopo aver riempito il cilindro di sciroppo di glucosio fino ad un certo livello, guardiamo attraverso il filtro superiore e facciamo ruotare lentamente il filtro inferiore; ciò che è sorprendente è che il colore della luce cambia a seconda del livello dello sciroppo nel cilindro e a seconda dell’angolo di cui facciamo ruotare il polarizzatore inferiore! 

Infatti quando la luce bianca attraversa la soluzione di zucchero ogni colore di cui essa si compone ha la propria direzione di polarizzazione. Senza il secondo filtro, quello superiore, vedremmo solo luce bianca mentre il secondo filtro ci fa vedere solo la luce che vibra secondo una particolare direzione e questa luce ha un particolare colore che dipende proprio dall’angolo di cui il polarizzatore inferiore viene ruotato e dal livello dello sciroppo. In sostanza, la rotazione del filtro inferiore mentre ruota ci consente di vedere la luce in diversi colori

Se il polarizzatore nella sua rotazione blocca la componente della luce di colore blu, attraverso il polarizzatore superiore la luce sarà di colore giallastro (luce bianca della sorgente di luce a cui si sottrae il colore blu); se invece viene bloccata la componente rossa, la luce trasmessa sarà di colore blu-verde, risultato della luce bianca privata della componente rossa secondo quella che è la sintesi sottrattiva dei colori.
 

Note bibliografiche e sitografiche

Scritto da Elena Stante

Laureata in Matematica nel 1981 presso l’Università degli Studi di Bari, dal 1987 insegna Matematica e Fisica presso il Liceo Ginnasio Aristosseno di Taranto .

Ha partecipato ai progetti ESPB, LabTec, IMoFi con il CIRD di Udine e a vari concorsi nazionali e collabora, con la nomina di Vice Direttore, alla rivista online Euclide, giornale di matematica per i giovani.

0 Commenti