PLEOCROISMO
PLEOCROISMO
. Si dice pleocroismo il fenomeno ottico che si osserva in alcune lamine cristalline colorate, dette appunto pleocroiche: se s'illumina una di queste lamine con luce bianca e si osserva la luce trasmessa con un nicol, si notano diverse colorazioni a seconda della direzione di oss. ervazione. Questo fenomeno avviene nei cristalli birifrangenti colorati, cioè non completamente trasparenti; il meccanismo del pleocroismo si può comprendere grosso modo, osservando che le radiazioni diversamente polarizzate che vengono trasmesse dal cristallo sono anche diversamente assorbite: Tipico minerale pleocroico è la cordierite che, illuminata in luce bianca, dà origine a tre colori distinti, quando si osserva nelle direzioni degli assi di simmetria che nel sistema rombico coincidono con i tre assi principali dell'indicatrice ottica α, β, γ. Nel sistema monoclino una sola direzione coincide con l'asse cristallografico y, e nel triclino infine non vi è nessuna corrispondenza tra direzioni di assorbimento e gli assi dell'indicatrice.
Per rendersi conto delle particolarità dei fenomeni pleocroici, occorre tenere presente che, in un mezzo anisotropo trasparente, come un cristallo, assegnato un certo piano d'onda, esistono in quel piano due vibrazioni rettilinee, e due soltanto, ortogonali fra loro, che possono propagarsi senza deformazione nel mezzo in questione; a queste due vibrazioni, che avvengono secondo le cosiddette direzioni principali del cristallo, corrispondono due indici di rifrazione differenti n1 e n2; esse si propagano quindi con due velocità differenti V1 = c/n1 e V2 = c/n2, se c è la velocità di propagazione della luce nel vuoto. Ciò si dimostra, p. es., con la seguente esperienza: un fascio di luce parallela traversa due nicol all'estinzione; se si pone tra i due nicol una lamina a facce piane parallele, normali alla direzione dei raggi, l'estinzione cessa in generale di sussistere, il che significa che la vibrazione si è deformata attraversando la lamina; l'estinzione può ritrovarsi soltanto se si fa girare la lamina intorno a un asse parallelo al fascio, e precisamente per due posizioni della lamina ruotate di 90 gradi l'una rispetto all'altra: ciascuna delle posizioni per le quali si ha estinzione si ottiene quando si porta una delle due direzioni principali del cristallo a essere parallela alla vibrazione del nicol polarizzatore; per queste posizioni dunque non si ha deformazione della vibrazione, nella propagazione attraverso il cristallo.
Consideriamo ora un cristallo non perfettamente trasparente, che presenti cioè un assorbimento, e supponiamo che tale assorbimento non sia grandissimo, ma diventi notevole soltanto per spessori di alcuni millimetri. Per un cristallo di questo genere segue dalla teoria e, come vedremo, viene confermato dall'esperienza:
a) che le leggi di propagazione sono identiche a quelle che regolano la propagazione in un cristallo trasparente, per quello che riguarda l'esistenza di due vibrazioni rettilinee, di direzioni perpendicolari, propagantisi con velocità differenti;
b) che il coefficiente di assorbimento relativo a una certa vibrazione dipende dalla direzione della vibrazione stessa, per modo che le due vibrazioni privilegiate ortogonali che un certo piano d'onda può trasmettere senza deformazione sono diversamente assorbite nel cristallo.
Per esaminare dal punto di vista sperimentale i fenomeni pleocroici, tagliamo una lamina a facce parallele da un cristallo assorbente, illuminiamo con luce monocromatica ed esaminiamo la luce trasmessa con un nicol: se il cristallo è pleocroico si constata effettivamente che l'intensità è diversa, secondo che il nicol lascia passare una o l'altra delle vibrazioni privilegiate e se esso si illumina con luce bianca, la luce trasmessa è colorata, perché il coefficiente di assorbimento varia con la frequenza delle radiazioni; e poiché i due coefficienti di assorbimento corrispondenti alle due vibrazioni privilegiate hanno valori differenti per ogni singola frequenza, i fasci trasmessi dalle due vibrazioni privilegiate hanno colori differenti, che dipendono dall'orientazione della lamina.
Se da un cristallo di cordierite si taglia un parallelepipedo con le facce parallele ai tre pinacoidi, si ha che questo, osservato secondo l'asse x, appare azzurro grigiastro, secondo y azzurro zaffiro, secondo z giallo. Questi si dicono colori di miscela o colori delle facce e sono dovuti alle due vibrazioni perpendicolari tra di loro che hanno attraversato la lamina, e sono osservabili solo in caso di forte pleocroismo. I colori distinti delle diverse vibrazioni dànno i colori degli assi. Con la lente dicroscopica di Haidinger (v. cristalli, XI, p. 947) - si avranno su (100) una colorazione azzurra per vibrazioni secondo y e una gialla secondo z; su (010) una grigia (x) e una gialla (z); e su (001) una azzurra (y) e una grigia (x). Si hanno 6 colori; questi colori si riducono in realtà a tre soltanto, detti colori principali, essendo identici a due a due i colori che corrispondono a due direzioni di propagazione perpendicolari e a una stessa direzione di vibrazione; un cristallo biassico, come la cordierite, nel quale i tre colori principali sono distinti, si dice tricroico; in essa i tre colori principali sono l'azzurro, il grigio azzurro e il giallo.
In un cristallo uniassico, poiché le direzioni principali di vibrazione sono due, ω ed ε, i colori principali si riducono a due: il cristallo si dice dicroico. Per un'orientazione qualunque del piano d'onda si osserverà: a) un colore, indipendente dall'orientazione del piano d'onda stesso, detto colore ordinario; tale colore corrisponde alla direzione di vibrazione normale all'asse ottico; b) un colore dipendente dall'orientazione del piano d'onda, detto colore straordinario; il colore straordinario corrisponde alla direzione di vibrazione segnata dalla proiezione dell'asse ottico sul piano d'onda.
Il dicroismo può osservarsi nel rubino, varietà di corindone, cristallo romboedrico che ha un colore ordinario rosso violetto intenso e un colore straordinario quasi mancante. Un cristallo fortemente dicroico può essere utilizzato come polarizzatore o analizzatore; p. es., una lamina di tormalina a facce parallele, dello spessore dell'ordine del millimetro, tagliata in modo che l'asse ottico sia parallelo alla faccia d'entrata, assorbe completamente il raggio ordinario e lascia passare soltanto quello straordinario, per modo che essa viene spesso utilizzata come polarizzatore. L'osservazione del pleocroismo può anche farsi con il polariscopio, usando il solo polarizzatore e portando per rotazione della piattaforma successivamente le due direzioni principali della lamina a coincidere con la sezione principale del polarizzatore. Così i due colori si vedono successivamente e non sempre sono apprezzabili piccole differenze di tinta.
Un altro fenomeno, diverso da quelli sopra descritti, ma pur sempre connesso con l'assorbimento di radiazioni polarizzate, è il dicroismo circolare. A.-J. Fresnel, per spiegare il fenomeno della polarizzazione rotatoria, ha ammesso che una vibrazione rettilinea, nella propagazione attraverso un mezzo trasparente che ruoti il piano di polarizzazione (mezzo otticamente attivo), si scomponga in due vibrazioni circolari, di senso opposto e di uguale ampiezza, propagantisi con velocità differenti. All'uscita dal mezzo trasparente la ricomposizione delle due vibrazioni circolari di uguale ampiezza, sfasate, dà una vibrazione ancora rettilinea, ma di direzione diversa da quella incidente, per note leggi sulla composizione delle vibrazioni. Si spiega così il fatto che la rotazione del piano di polarizzazione, cioè l'angolo tra la vibrazione rettilinea incidente e quella all'uscita dal mezzo trasparente, sia proporzionale allo spessore percorso.
Consideriamo ora un mezzo otticamente attivo che non sia perfettamente trasparente; il mezzo potrà assorbire diversamente le due vibrazioni circolari propagantisi con velocità differente, nelle quali si suppone decomposta la vibrazione rettilinea incidente; all'uscita dal mezzo le due vibrazioni non avranno quindi la stessa ampiezza, per modo che esse si ricomporranno in una vibrazione ellittica: in ciò consiste il dicroismo circolare. Lo studio del dicroismo circolare può farsi analizzando la luce ellittica che si ha all'uscita dal mezzo in esame; esso è stato osservato per la prima volta da W. Haidinger e Dove, per i cristalli colorati di quarzo ametista, e da A. Cotton, per le soluzioni di tartrati colorati.