chromizm

W chemii chromizm jest procesem, który powoduje zmianę, często odwracalną , kolorów związków . W większości przypadków chromizm opiera się na zmianie stanów elektronowych cząsteczek , zwłaszcza stanu elektronowego π lub d, więc zjawisko to jest indukowane przez różne bodźce zewnętrzne, które mogą zmieniać gęstość elektronową substancji. Wiadomo, że istnieje wiele naturalnych związków, które mają chromizm, a do tej pory zsyntetyzowano wiele sztucznych związków o specyficznym chromizmie. Zwykle jest to synonim chromotropizmu , (odwracalnej) zmiany koloru substancji ze względu na fizyczne i chemiczne właściwości otaczającego ją środowiska, takie jak temperatura i ciśnienie, światło, rozpuszczalnik oraz obecność jonów i elektronów .

Chromism jest klasyfikowany według rodzaju używanych bodźców. Przykłady głównych rodzajów chromizmu są następujące.

Chromizmów jest znacznie więcej i są one wymienione poniżej w § Zjawiska zmiany koloru .

Wyjście chromizmów opisanych powyżej obserwuje się poprzez zmianę widma absorpcji materiału chromowego. Coraz ważniejszą grupę chromizmów stanowią te, w których zmiany widoczne są w ich widmach emisyjnych. Stąd nazywane są fluorochromizmami, których przykładem jest solwatofluorochromizm, elektrofluorochromizm i mechanofluorochromizm.

Zjawiska chromowe

Zjawiska chromowe to zjawiska, w których kolor powstaje, gdy światło oddziałuje z materiałami, często nazywanymi na różne sposoby materiałami chromowymi. Można je podzielić na pięć następujących kategorii:

  • Stymulowana (odwracalna) zmiana koloru
  • Absorpcja i odbicie światła _
  • Absorpcja energii, po której następuje emisja światła
  • Absorpcja światła i transfer energii (lub konwersja)
  • Manipulacja światłem.

Zjawiska zmiany koloru

Te zjawiska, które obejmują zmianę koloru związku chemicznego pod wpływem zewnętrznego bodźca, mieszczą się w ogólnym terminie chromizmów. Biorą swoje indywidualne nazwy od rodzaju wpływu zewnętrznego, który może być chemiczny lub fizyczny , który jest zaangażowany. Wiele z tych zjawisk jest odwracalnych. Poniższa lista zawiera wszystkie klasyczne chromizmy oraz wiele innych, które cieszą się coraz większym zainteresowaniem w nowszych sklepach.

Typ Przyczyna
Termochromizm temperatura
elektrochromizm prąd elektryczny
gazochromizm gaz - wodór/tlen redoks
Solwatochromizm polarność rozpuszczalnika
Koncentratochromizm zmiany stężenia w ośrodku
sztywny chromizm zmiany sztywności ośrodka
wapochromizm para związku organicznego spowodowana chemiczną polaryzacją/polaryzacją
jonochromizm jony
Halochromizm zmiana pH
metalochromizm jony metali
Mechanochromizm działania mechaniczne
Trybochromizm tarcie mechaniczne
Piezochromizm ciśnienie mechaniczne
katodochromizm napromieniowanie wiązką elektronów
radiochromizm Promieniowanie jonizujące
Magnetochromizm pole magnetyczne
Biochromizm kontakt z istotą biologiczną
amorfochromizm zmiany w środowisku krystalicznym
kriochromizm obniżenie temperatury
Hydrochromizm interakcja z masową wodą lub wilgocią
Chronochromizm pośrednio w wyniku upływu czasu
agregachromizm dimeryzacja/agregacja chromoforów
Krystalochromizm zmiany w strukturze krystalicznej chromoforu
Sorptiochromizm gdy gatunek jest adsorbowany powierzchniowo

Istnieją również chromizmy, które obejmują dwa lub więcej bodźców. Przykłady obejmują:

  • Fotoelektrochromizm – Fotowoltachromizm – Bioelektrochromizm – Solwatofotochromizm – Termosolwatochromizm – Halosolwatochromizm – Elektromechanochromizm.

Zmiany koloru obserwuje się również podczas interakcji nanocząstek metalicznych i przyłączonych do nich ligandów z innym bodźcem. Przykłady obejmują plazmoniczny solwatochromizm, plazmoniczny jonochromizm, plazmoniczny chronochromizm i plazmoniczny wapochromizm.

Aplikacje komercyjne

Materiały zmieniające kolor zostały użyte w kilku bardzo powszechnych punktach sprzedaży, ale także w coraz większej liczbie nowych. Zastosowania komercyjne obejmują fotochromy w okulistyce , modzie / kosmetyce , bezpieczeństwie , czujnikach , pamięciach optycznych i przełącznikach optycznych , termochromy w farbach , tuszach , tworzywach sztucznych i tekstyliach jako wskaźniki/czujniki oraz w architekturze , jonochromy w papierze do kopiowania , bezpośrednim druku termicznym i czujnikach tekstylnych, elektrochromia w lusterkach samochodowych , inteligentne szyby , urządzenia elastyczne i ochrona przeciwsłoneczna , solwatochromia w sondach i czujnikach biologicznych , gazochromia w szybach i czujnikach gazu .

Barwniki i pigmenty

Klasyczne barwniki i pigmenty wytwarzają kolor poprzez pochłanianie i odbijanie światła; są to materiały, które mają ogromny wpływ na kolor naszego codziennego życia. W 2000 roku światowa produkcja organicznych wynosiła 800 000 ton, a pigmentów organicznych 250 000 ton, a jej wielkość rosła w stałym tempie przez pierwsze lata obecnego stulecia. W 2019 roku wartość rynku barwników/pigmentów organicznych ma wynieść 19,5 mld USD. Ich wartość przewyższa bardzo duża produkcja nieorganicznych . Barwniki organiczne stosuje się głównie do barwienia włókien tekstylnych , papieru , włosów , skóry , podczas gdy pigmenty stosuje się głównie w tuszach , farbach , tworzywach sztucznych i kosmetykach . Oba są wykorzystywane w rozwijającym się obszarze druku cyfrowego na tekstyliach, papierze i innych powierzchniach.

Barwniki są również wytwarzane z wykorzystaniem właściwości substancji chromowych: Przykładami są barwniki fotochromowe i barwniki termochromowe

Luminescencja

Absorpcja energii, po której następuje emisja światła, jest często opisywana terminem luminescencji . Dokładny użyty termin opiera się na źródle energii odpowiedzialnym za luminescencję, tak jak w przypadku zjawisk zmiany koloru.

Wiele z tych zjawisk jest szeroko stosowanych w produktach konsumenckich i innych ważnych punktach sprzedaży. Katodoluminescencja jest stosowana w kineskopach , fotoluminescencja w oświetleniu fluorescencyjnym i panelach wyświetlaczy plazmowych , fosforescencja w znakach bezpieczeństwa i oświetleniu niskoenergetycznym, fluorescencja w pigmentach , atramentach, rozjaśniaczach optycznych , odzieży ochronnej oraz analiza i diagnostyka biologiczna i medyczna, chemiluminescencja i bioluminescencja w analiza, diagnostyka i czujniki oraz elektroluminescencja w rozwijających się obszarach diod elektroluminescencyjnych (LED/OLED), wyświetlaczy i oświetlenia paneli. W dziedzinie kropek kwantowych i nanocząstek metalicznych mają miejsce ważne nowe odkrycia.

Przenoszenie światła i energii

Absorpcja światła i transfer energii (lub konwersja) obejmują kolorowe cząsteczki, które mogą przenosić energię elektromagnetyczną, zwykle w postaci laserowego źródła światła , do innych cząsteczek w innej formie energii, takiej jak termiczna lub elektryczna. Te adresowalne laserowo barwniki, zwane również absorberami bliskiej podczerwieni, są wykorzystywane w konwersji energii cieplnej , fotosensybilizacji reakcji chemicznych i selektywnej absorpcji światła. Obszary zastosowań obejmują optyczne przechowywanie danych , jako organiczne fotoprzewodniki , jako sensybilizatory w fotomedycynie , takiej jak terapia fotodynamiczna i terapia fototermiczna w leczeniu raka, w fotodiagnostyce i fototeranostyce oraz w fotoinaktywacji drobnoustrojów, krwi i owadów. Absorpcja naturalnego światła słonecznego przez materiały chromowe/chromofory jest wykorzystywana w ogniwach słonecznych do produkcji energii elektrycznej za pośrednictwem ogniw słonecznych , przy użyciu zarówno fotowoltaiki nieorganicznej, jak i materiałów organicznych ( fotowoltaika organiczna ) oraz ogniw słonecznych uczulonych barwnikiem (DSSC), a także w produkcji użytecznych chemikaliów poprzez sztuczną fotosyntezę . Rozwijającym się obszarem jest przekształcanie światła w energię kinetyczną, często opisywane pod ogólnym terminem maszyn napędzanych światłem/molekularnych .

Lekka manipulacja

Materiały mogą być używane do kontrolowania i manipulowania światłem za pomocą różnych mechanizmów w celu uzyskania użytecznych efektów obejmujących kolor. Na przykład zmiana orientacji cząsteczek w celu uzyskania efektu wizualnego jak w wyświetlaczach ciekłokrystalicznych . Inne materiały działają poprzez wytwarzanie efektu fizycznego, interferencję i dyfrakcję , jak w przypadku pigmentów błyszczących i optycznie zmiennych, koloidalnych kryształów fotonicznych i holografii . Coraz częściej inspiracja pochodzi z Natury w postaci inspirowanych biologią kolorów strukturalnych. Materiały molekularne są również wykorzystywane do zwiększania natężenia światła poprzez modyfikację jego ruchu w materiałach za pomocą środków elektrycznych, zwiększając w ten sposób jego intensywność, jak w laserach organicznych, lub modyfikując transmisję światła przez materiały, jak w optoelektronice lub czysto wszelkimi środkami optycznymi, jak w ogranicznikach optycznych.

Bibliografia

  •     Bamfield Peter i Hutchings Michael, Zjawiska chromowe; technologiczne zastosowania chemii kolorów, wydanie 3, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2018. ISBN 978-1-78262-815-6 {EPUB ISBN 978-1-78801-503-5 }.
  •   Vik Michal i Periyasamy Aravin Prince, Chromic Materials; Podstawy, pomiary i zastosowania, Apple Academic Press, 2018. ISBN 9781771886802 .
  •   Ferrara Mariella i Murat Bengisu, Materiały zmieniające kolor: inteligentne materiały i inteligentny projekt, Springer, 2014. ISBN 978-3-319-00289-7
Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Chromism&oldid=1121950299 ”