En química , el cromismo es un proceso que induce un cambio, a menudo reversible, en los colores de los compuestos . En la mayoría de los casos, el cromismo se basa en un cambio en los estados de los electrones de las moléculas , especialmente el estado de los electrones π o d, por lo que este fenómeno es inducido por varios estímulos externos que pueden alterar la densidad electrónica de las sustancias. Se sabe que existen muchos compuestos naturales que tienen cromismo, y hasta la fecha se han sintetizado muchos compuestos artificiales con cromismo específico.
El cromismo se clasifica según el tipo de estímulos que se utilizan. Los ejemplos de los principales tipos de cromismo son los siguientes.
- el termocromismo es un cromismo inducido por el calor, es decir, un cambio de temperatura. Este es el cromismo más común de todos.
- el fotocromismo es inducido por irradiación de luz. Este fenómeno se basa en la isomerización entre dos estructuras moleculares diferentes, la formación de centros de color inducida por la luzen los cristales, la precipitación de partículas metálicas en un vidrio u otros mecanismos.
- el electrocromismo es inducido por la ganancia y pérdida de electrones . Este fenómeno ocurre en compuestos consitios activos redox , como iones metálicoso radicales orgánicos.
- el solvatocromismo depende de la polaridad del disolvente . La mayoría de los compuestos solvatocrómicos son complejos metálicos .
Hay muchos más cromismos y estos se enumeran en la sección de fenómenos de cambio de color .
La salida de los cromismos descritos anteriormente se observa mediante un cambio en los espectros de absorción del material crómico . Un grupo de cromismos cada vez más importante son aquellos en los que se muestran cambios en sus espectros de emisión. De ahí que se denominen fluorocromismos , ejemplificados por solvatofluorocromismo , electrofluorocromismo y mecanofluorocromismo .
Fenómenos crómicos
Los fenómenos crómicos son aquellos en los que se produce color cuando la luz interactúa con los materiales, a menudo llamados materiales crómicos de diversas formas. Estos se pueden clasificar en los siguientes cinco títulos:
Fenómenos de cambio de color
Aquellos fenómenos que implican el cambio de color de un compuesto químico bajo un estímulo externo entran dentro del término genérico de cromismos. Toman sus nombres individuales del tipo de influencia externa, que puede ser química o física , que está involucrada. Muchos de estos fenómenos son reversibles. La siguiente lista incluye todos los cromismos clásicos y muchos otros de creciente interés en los nuevos puntos de venta.
- Fotocromismo : cambio de color causado por la luz .
- Termocromismo : cambio de color causado por la temperatura .
- Electrocromismo : cambio de color causado por una corriente eléctrica .
- Gasocromismo : cambio de color causado por un gas: hidrógeno / oxígeno redox .
- Solvatocromismo : cambio de color causado por la polaridad del disolvente .
- Concentratocromismo : cambio de color causado por cambios en la concentración en el medio
- Rigidicromismo : cambio de color causado por cambios en la rigidez del medio.
- Vapocromismo : cambio de color causado por el vapor de un compuesto orgánico debido a la polarización / polarización química .
- Ionocromismo : cambio de color causado por iones .
- Halocromismo : cambio de color causado por un cambio en el pH .
- Metalocromismo : cambio de color causado por iones metálicos .
- Mecanocromismo : cambio de color causado por acciones mecánicas .
- Tribocromismo : cambio de color causado por la fricción mecánica .
- Piezocromismo : cambio de color causado por la presión mecánica .
- Catodocromismo : cambio de color causado por la irradiación con haz de electrones .
- Radiocromismo : cambio de color causado por radiación ionizante .
- Magnetocromismo : cambio de color causado por un campo magnético .
- Biocromismo : cambio de color causado por la interacción con una entidad biológica .
- Amorfocromismo : cambio de color causado por cambios en el hábitat cristalino .
- Criocromismo : cambio de color causado por la disminución de la temperatura .
- Hidrocromismo : cambio de color causado por la interacción con el agua o la humedad a granel .
- Cronocromismo : cambio de color indirecto como resultado del paso del tiempo .
- Agregacromismo : cambio de color en la dimerización / agregación de cromóforos.
- Cristalocromismo : cambio de color debido a cambios en la estructura cristalina de un cromóforo.
- Sorptiocromismo : cambio de color cuando una especie se adsorbe en la superficie .
También hay cromismos que involucran dos o más estímulos. Ejemplos incluyen:
- Photoelectrochromism - Photovoltachromism - Bioelectrochromism - Solvatophotochromism - Thermosolvatochromism - Halosolvatochromism - Electromechanochromism .
También se observan cambios de color en la interacción de nanopartículas metálicas y sus ligandos unidos con otro estímulo. Los ejemplos incluyen solvatochromism plasmónica , ionochromism plasmónica , chronochromism plasmónica y vapochromism plasmónica .
Aplicaciones comerciales
Los materiales que cambian de color se han utilizado en varios puntos de venta muy comunes, pero también en un número creciente de nuevos. Las aplicaciones comerciales incluyen fotocromáticos en oftalmología , moda / cosmética , seguridad , sensores , memoria óptica e interruptores ópticos , termocrómicos en pinturas , tintas , plásticos y textiles como indicadores / sensores y en arquitectura , ionocromáticos en papel de copia , impresión térmica directa y sensores textiles , electrocromáticos en retrovisores de automóviles , ventanas inteligentes , dispositivos flexibles y de protección solar , solvatocromáticos en sondas y sensores biológicos , gasocromáticos en cristales y sensores de gases .
Tintes y pigmentos
Los tintes y pigmentos clásicos producen color por absorción y reflexión de la luz; estos son los materiales que tienen un gran impacto en el color de nuestra vida diaria. En 2000, la producción mundial de tintes orgánicos era de 800.000 toneladas y de pigmentos orgánicos de 250.000 toneladas y el volumen ha crecido a un ritmo constante durante los primeros años de este siglo. En 2019, se prevé que el valor del mercado de tintes / pigmentos orgánicos sea de 19.500 millones de dólares. Su valor se ve superado por la gran producción de pigmentos inorgánicos . Los tintes orgánicos se utilizan principalmente para colorear fibras textiles , papel , cabello , cuero , mientras que los pigmentos se utilizan principalmente en tintas , pinturas , plásticos y cosméticos . Ambos se utilizan en el área de crecimiento de la impresión digital de textiles, papel y otras superficies.
Los tintes también se fabrican utilizando las propiedades de las sustancias crómicas: por ejemplo, tintes fotocromáticos y tintes termocrómicos.
Luminiscencia
La absorción de energía seguida de la emisión de luz se describe a menudo con el término luminiscencia . El término exacto utilizado se basa en la fuente de energía responsable de la luminiscencia como en los fenómenos de cambio de color.
- Eléctrica - electroluminiscencia Galvanoluminescence Sonoluminiscencia .
- Fotones (luz) - Fotoluminiscencia Fluorescencia Fosforescencia Biofluorescencia .
- Química - Quimioluminiscencia Bioluminiscencia Electroquimioluminiscencia .
- Térmica - Termoluminiscencia Piroluminiscencia Candoluminiscencia .
- Haz de electrones - Catodoluminiscencia Anodoluminiscencia Radioluminiscencia .
- Mecánica - Triboluminiscencia Fractoluminiscencia Mecanoluminiscencia Cristaloluminiscencia Lioluminiscencia Elasticoluminiscencia .
Muchos de estos fenómenos se utilizan ampliamente en productos de consumo y otros puntos de venta importantes. Catodoluminiscencia se utiliza en tubos de rayos catódicos , de fotoluminiscencia en iluminación fluorescente y paneles de visualización de plasma , fosforescencia en las señales de seguridad e iluminación de baja energía, fluorescencia en pigmentos , tintas, abrillantadores ópticos , ropa de seguridad , y biológica y el análisis y el diagnóstico medicinal , quimioluminiscencia y bioluminiscencia en análisis, diagnóstico y sensores, y electroluminiscencia en las áreas florecientes de diodos emisores de luz (LED / OLED), pantallas e iluminación de paneles. Se están produciendo nuevos desarrollos importantes en las áreas de puntos cuánticos y nanopartículas metálicas .
Transferencia de luz y energía
La absorción de luz y la transferencia (o conversión) de energía implica moléculas coloreadas que pueden transferir energía electromagnética, comúnmente en forma de una fuente de luz láser , a otras moléculas en otra forma de energía, como térmica o eléctrica. Estos colorantes direccionables por láser , también llamados absorbentes de infrarrojo cercano , se utilizan en la conversión de energía térmica , la fotosensibilización de reacciones químicas y la absorción selectiva de luz. Las áreas de aplicación incluyen el almacenamiento de datos ópticos , como fotoconductores orgánicos , como sensibilizadores en fotomedicina , como la terapia fotodinámica y la terapia fototérmica en el tratamiento del cáncer, en el fotodiagnóstico y fototeranóstico , y en la fotoinactivación de microbios, sangre e insectos. La absorción de la luz solar natural por materiales crómicos / cromóforos se explota en células solares para la producción de energía eléctrica a través de células solares , utilizando tanto fotovoltaica inorgánica como materiales orgánicos ( fotovoltaica orgánica ) y células solares sensibilizadas por colorante (DSSC), y también en la producción de productos químicos útiles a través de la fotosíntesis artificial . Un área en desarrollo es la conversión de luz en energía cinética, a menudo descrita bajo el término genérico de máquinas moleculares / impulsadas por luz .
Manipulación de luz
Los materiales pueden usarse para controlar y manipular la luz a través de una variedad de mecanismos para producir efectos útiles que involucran el color. Por ejemplo, un cambio de orientación de las moléculas para producir un efecto visual como en las pantallas de cristal líquido . Otros materiales operan produciendo un efecto físico, por interferencia y difracción como en pigmentos de brillo y pigmentos ópticamente variables , cristales fotónicos coloidales y en holografía . Cada vez más, la inspiración proviene de la naturaleza, en forma de colores estructurales bioinspirados . Los materiales moleculares también se utilizan para aumentar la intensidad de la luz modificando su movimiento a través de los materiales por medios eléctricos, aumentando su intensidad como en los láseres orgánicos , o modificando la transmisión de la luz a través de los materiales, como en la optoelectrónica , o simplemente por todos los medios ópticos como en limitadores ópticos .
Referencias
1. Bamfield Peter y Hutchings Michael, Chromic Phenomena; Aplicaciones tecnológicas de la química del color, tercera edición, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2018. ISBN 978-1-78262-815-6 {EPUB ISBN 978-1-78801-503-5 }.
2. Vik Michal y Periyasamy Aravin Prince, Materiales cromáticos; Fundamentos, mediciones y aplicaciones, Apple Academic Press, 2018. ISBN 9781771886802 .
3. Ferrara Mariella y Murat Bengisu, Materiales que cambian de color: materiales inteligentes y diseño inteligente, Springer, 2014. ISBN 978-3-319-00289-7