Хромизм

В химии хромизм — это процесс , вызывающий изменение цвета соединений , часто обратимое . В большинстве случаев хромизм основан на изменении электронных состояний молекул , особенно состояния π- или d-электронов, поэтому это явление индуцируется различными внешними раздражителями, которые могут изменять электронную плотность веществ. Известно, что существует множество природных соединений, обладающих хромизмом, и к настоящему времени синтезировано множество искусственных соединений со специфическим хромизмом. Обычно это синоним хромотропизма , (обратимого) изменения цвета вещества из-за физических и химических свойств окружающей его среды, таких как температура и давление, свет, растворитель и присутствие ионов и электронов . ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Хромизм классифицируется по тому, какие стимулы используются. Примеры основных видов хромизма следующие.

термохромизм — это хромизм, вызываемый теплом, то есть изменением температуры. Это самый распространенный хромизм из всех.
фотохромизм индуцируется световым облучением. Это явление основано на изомеризации между двумя различными молекулярными структурами, светоиндуцированном образовании центров окраски в кристаллах, осаждении металлических частиц в стекле или других механизмах.
Электрохромизм вызван приобретением и потерей электронов . Это явление происходит в соединениях с окислительно-восстановительными активными центрами, такими как ионы металлов или органические радикалы .
сольватохромия от полярности растворителя зависит . Большинство сольватохромных соединений представляют собой металлокомплексы .

Есть еще много хромизмов, и они перечислены ниже в § Явления изменения цвета .

Выход описанных выше хромизмов наблюдается по изменению спектров поглощения хромового материала . Все более важной группой хромизмов становятся те, у которых в спектрах излучения проявляются изменения. Поэтому их называют флуорохромизмами , примерами которых являются сольватофторхромизм , электрофторхромизм и механофлуорохромизм .

Хромические явления

Хромовые явления — это явления, при которых цвет возникает при взаимодействии света с материалами, часто называемыми хромовыми материалами различными способами. Их можно разделить на следующие пять категорий:

Стимулированное (обратимое) изменение цвета.
Поглощение и отражение света
Поглощение энергии с последующим испусканием света
Поглощение света и передача (или преобразование) энергии
Манипулирование светом.

Явления изменения цвета

Те явления, которые связаны с изменением цвета химического соединения под внешним раздражителем, подпадают под общий термин хромизмы. Свои индивидуальные названия они берут от типа внешнего воздействия, которое может быть как химическим , так и физическим . Многие из этих явлений обратимы. Следующий список включает все классические хромизмы, а также многие другие, вызывающие растущий интерес в новых магазинах.

Тип	Причина
Термохромизм	температура
Электрохромизм	электрический ток
Газохромизм	водород/кислород газ - окислительно-восстановительный
Сольватохромизм	растворителя полярность
Концентратохромизм	изменение концентрации в среде
Ригидихромизм	изменение жесткости среды
Вапохромизм	пар органического соединения из-за химической полярности/поляризации
Ионохромизм	ионы
Галохромизм	изменение pH
Металлохромизм	ионы металлов
Механохромизм	механические действия
Трибохромизм	механическое трение
Пьезохромизм	механическое давление
катодохромизм	электронно-лучевое облучение
Радиохромизм	ионизирующее излучение
Магнитохромизм	магнитное поле
Биохромизм	взаимодействие с биологическим объектом
Аморфохромизм	изменения в кристаллической среде обитания
Криохромизм	понижение температуры
Гидрохромизм	взаимодействие с объемной водой или влажностью
хронохромизм	косвенно, в результате течения времени
Агрегахромизм	димеризация/агрегация хромофоров
Кристаллохромизм	изменения кристаллической структуры хромофора
Сорптиохромизм	когда вещество адсорбируется на поверхности

Существуют также хромизмы, включающие два или более стимулов. Примеры включают в себя:

Фотоэлектрохромизм – Фотовольтахромизм – Биоэлектрохромизм – Сольватофотохромизм – Термосольватохромизм – Галосольватохромизм – Электромеханохромизм .

Изменения цвета наблюдаются также при взаимодействии металлических наночастиц и прикрепленных к ним лигандов с другим стимулом. Примеры включают плазмонный сольватохромизм , плазмонный ионохромизм , плазмонный хронохромизм и плазмонный вапохромизм .

Коммерческие приложения

Материалы, меняющие цвет, используются в нескольких очень распространенных торговых точках, а также во все большем числе новых. Коммерческое применение включает фотохромику в офтальмологии , моде / косметике , безопасности , датчиках , оптической памяти и оптических переключателях , термохромность в красках , чернилах , пластмассах и текстиле в качестве индикаторов/датчиков и в архитектуре , ионохромность в копировальной бумаге , прямую термопечать и текстильные датчики . электрохромия в автомобильных зеркалах , умные окна , гибкие устройства и защита от солнца , сольватохромия в биологических зондах и датчиках , газохромия в окнах и датчиках газа .

Красители и пигменты

Классические красители и пигменты создают цвет за счет поглощения и отражения света; это материалы, которые оказывают большое влияние на цвет нашей повседневной жизни. В 2000 году мировое производство органических красителей составляло 800 000 тонн, а органических пигментов — 250 000 тонн, и в первые годы этого столетия этот объем устойчиво рос. В 2019 году объем рынка органических красителей/пигментов прогнозируется на уровне $19,5 млрд. Их ценность превосходит очень большое производство неорганических пигментов. Органические красители используются в основном для окраски текстильных волокон , бумаги , волос , кожи , а пигменты используются в основном в чернилах , красках , пластике и косметике . Оба используются в области цифровой печати на текстиле, бумаге и других поверхностях.

Красители также изготавливаются с использованием свойств хромовых веществ. Фотохромные красители и Термохромные красители

Люминесценция

Поглощение энергии с последующим излучением света часто называют люминесценцией . Точный используемый термин основан на источнике энергии, ответственном за люминесценцию, например, в явлениях изменения цвета.

Многие из этих явлений широко используются в потребительских товарах и других важных торговых точках. Катодолюминесценция используется в электронно-лучевых трубках , фотолюминесценция во флуоресцентном освещении и плазменных панелях дисплея , фосфоресценция в знаках безопасности и низкоэнергетическом освещении, флуоресценция в пигментах , чернилах, оптических отбеливателях , защитной одежде , а также в биологическом и медицинском анализе и диагностике , хемолюминесценция и биолюминесценция в анализ, диагностика и датчики, а также электролюминесценция в развивающихся областях светодиодов ( LED/OLED), дисплеев и подсветка панели. Важные новые разработки происходят в области квантовых точек и металлических наночастиц .

Передача света и энергии

В поглощении света и передаче (или преобразовании) энергии участвуют окрашенные молекулы, которые могут передавать электромагнитную энергию, обычно в виде источника лазерного света, другим молекулам в другой форме энергии, например, тепловой или электрической. Эти красители, адресуемые лазером , также называемые поглотителями ближнего инфракрасного диапазона , используются для преобразования тепловой энергии , фотосенсибилизации химических реакций и селективного поглощения света. Области применения включают оптическое хранение данных , органические фотопроводники , сенсибилизаторы в фотомедицине , такие как фотодинамическая терапия и фототермическая терапия при лечении рака, фотодиагностика и фототераностика , а также фотоинактивация микробов , крови и насекомых. Поглощение естественного солнечного света хромовыми материалами/хромофорами используется в солнечных элементах для производства электрической энергии с помощью солнечных элементов с использованием как неорганических фотоэлектрических элементов , так и органических материалов ( органические фотоэлектрические элементы ) и солнечных элементов, сенсибилизированных красителями . (DSSC), а также в производстве полезных химических веществ посредством искусственного фотосинтеза . Развивающейся областью является преобразование света в кинетическую энергию, часто описываемое общим термином « молекулярные машины, управляемые светом» .

Легкие манипуляции

Материалы можно использовать для управления светом и манипулирования им с помощью различных механизмов для создания полезных эффектов, связанных с цветом. Например, изменение ориентации молекул для создания визуального эффекта, как в жидкокристаллических дисплеях . Другие материалы действуют, производя физический эффект посредством интерференции и дифракции, например, блестящие пигменты и оптически изменяющиеся пигменты , коллоидные фотонные кристаллы и голография . Все больше вдохновения исходит от природы в виде структурных цветов, вдохновленных биоинспирацией . Молекулярные материалы также используются для увеличения интенсивности света путем изменения его движения через материалы с помощью электрических средств, таким образом увеличивая его интенсивность, как в органических лазерах , или путем изменения пропускания света через материалы, как в оптоэлектронике , или просто путем изменения пропускания света через материалы, как в оптоэлектронике. всеми оптическими средствами, как в оптических ограничителях .

Ссылки

^ Фукуда, Ютака, изд. (2007). Неорганический хромотропизм: основные понятия и применение цветных материалов . Спрингер. ISBN 978-3540723110 . Архивировано из оригинала 25 октября 2022 г. Проверено 25 октября 2022 г.
^ Минкевич, Ромо (1907). «Хромотропизм и фототропизм» . Дж. Комп. Нейрол. Психол . 17 (1): 89–92. дои : 10.1002/cne.920170104 .
^ Амимото, К.; Тошио, К. (2005). «Фотохромизм органических соединений в кристаллическом состоянии». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 6 (4): 207–226. doi : 10.1016/j.jphotochemrev.2005.12.002 .

Библиография

Бэмфилд Питер и Хатчингс Майкл, Хромовые явления; Технологические применения химии цвета, 3-е издание, Королевское химическое общество, Кембридж, 2018. ISBN 978-1-78262-815-6 {EPUB ISBN 978-1-78801-503-5 }.
Вик Михал и Периясами Аравин Принс, Хромовые материалы; «Основы, измерения и приложения», Apple Academic Press, 2018. ISBN 9781771886802 .
Феррара Мариэлла и Мурат Бенгису, «Материалы, меняющие цвет: умные материалы и интеллектуальный дизайн», Springer, 2014. ISBN 978-3-319-00289-7

[1] Фукуда, Ютака, изд. (2007). Неорганический хромотропизм: основные понятия и применение цветных материалов . Спрингер. ISBN 978-3540723110 . Архивировано из оригинала 25 октября 2022 г. Проверено 25 октября 2022 г.

[2] Минкевич, Ромо (1907). «Хромотропизм и фототропизм» . Дж. Комп. Нейрол. Психол . 17 (1): 89–92. дои : 10.1002/cne.920170104 .

[3] Амимото, К.; Тошио, К. (2005). «Фотохромизм органических соединений в кристаллическом состоянии». Журнал фотохимии и фотобиологии C: Обзоры фотохимии . 6 (4): 207–226. doi : 10.1016/j.jphotochemrev.2005.12.002 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]