פוטוכרומיזם
בפוטוכימיה, פוטוכרומיזם מוגדר כהמרה הפיכה של צורון כימי בין שני מצבים בעלי ספקטרום בליעה שונה, כתוצאה מבליעת אור. התופעה התגלתה ב-1950 על ידי יהודה הירשברג ממכון ויצמן למדע, שגם נתן לה את שמה.
מולקולות פוטוכרומיות יכולות להשתייך למחלקות שונות: טריארילמתאן, סטילבן, אזסטילבן, ניטרון, פולגיד, ספירוין, נפתופירן, ספירו-אוקסזין ואחרים.
פוטוכרומיזם הפיך
עריכהחומרים פוטוכרומטיים הפיכים משנים את צבעם לאחר בליעת אור על סגול, וחוזרים לצבעם המקורי לאחר הפסקת ההקרנה. החומרים יכולים לעבור את המחזור הזה עד אלפי פעמים, תלוי ביישום. אחד מהיישומים הפוטוכרומיים הידועים ביותר הוא עדשות משנות צבע למשקפי שמש. חומרים פוטוכרומיים משמשים גם בצעצועים, קוסמטיקה ושימושים תעשייתיים. המגבלה הגדולה לשימוש נרחב בהם היא חוסר העמידות שלהם בפני אלפי שעות חשיפה לאור שמש, ולכן הם אינם משמשים למטרה זו.
מנגנון הפעולה
עריכהאחד המנגנונים של פוטוכרומיזם הוא פוטודימריזציה הפיכה. דוגמה טובה לכך היא הדרך בה אנתרצן מגיב לאור.
מנגנון נוסף ניתן לראות בצורת הספירו של אוקסזין, דיו לאוקו חסר צבע; המערכת המצומדת של האוקסזין וחלק ארומטי אחר של המולקולה מופרדים על ידי פחמן ספירו בעל היברידיזצית sp3. לאחר הקרנה באור על סגול:
- הקשר בין פחמן הספירו לאוקסזין מופרע
- הטבעת נפתחת
- פחמן הספירו מגיע להיברידיזצית sp2 והופך למישורי, תוך יישור אורביטלי ה-π שלו עם שאר המולקולה
- נוצרת מערכת מצומדת, בעלת היכולת לבלוע פוטונים באורכי גל של אור נראה, ולכן נראית צבעונית.
כאשר מקור האור העל סגול מסולק, המולקולה דועכת לאט למצב היסוד, קשרי הפחמן-חמצן מחודשים, פחמן הספירו חוזר להיברידיזצית sp3, והמולקולה חוזרת למצב חסר הצבע שלה.
חומרים פוטוכרומיים נוטים להיות לא יציבים בצורתם הפתוחה, הצבעונית. זמן החיים שלהם מושפע לרעה מחשיפה לקרינה בתחום העל סגול, מכיוון שהצורה הפתוחה חשופה לדגרדציה על ידי חמצן ורדיקלים חופשיים. ניתן להאריך את זמן החיים שלהם על ידי הכללת המולקולות במטריצה פולימרית, הוספת חומר מייצב, או הצבת מחסום לחמצן וחומרים מזיקים אחרים.
לצבעים הפוטוכרומיים יש בדרך כלל מראה של אבקה גבישית. כדי להשיג את שינוי הצבע יש להמיס אותם בממס, או לפזרם במצע מתאים.
בדרך כלל ניתן לרכוש ארבעה צבעים פוטוכרומיים בסיסיים (מג'נטה, ציאן, צהוב ושחור) באופן מסחרי; ניתן להכין צבעים נוספים על ידי ערבוב, בשיטת CMYK. למרות זאת, קשה להשיג צבעים ספציפיים, מכיוון שהגוון המדויק תלוי בגורמים רבים, ביניהם עוצמת הקרינה העל סגולה, והטמפרטורה.
שינוי הצבע הוא בדרך כלל בין צורת לאוקו (חסר צבע) ברמת היסוד, לצורה צבעונית לאחר חשיפה לקרינה. קצב השינוי תלוי בצבע. בחלק מהצורות הצבע הצהוב דורש את הזמן הארוך ביותר לדעיכה בחזרה למצב חסר צבע, ודורש חשיפה לאור נראה לביצוע דעיכה כזו. ניתן לקבל מעבר בין שני צבעים על ידי ערבוב הדיו הפוטוכרומי עם דיו קבוע, שקוף לאור על סגול.
פוטוכרומיזם בלתי הפיך
עריכהחומרים פוטוכרומיים בלתי הפיכים הם חומרים שעוברים שינוי צבע קבוע בעקבות חשיפה לאור על סגול. יש להם מספר שימושים, ביניהם - הערכת מידת החשיפה של פולימרים לאור על סגול, כחלק מתהליך ייצורם; מניעת כוויות שמש; ואמצעי אבטחה למסמכים, למניעת זיופם. חומרים אלה יכולים לשנות את צבעם משקוף לצבעוני, בין צבעים, או מצבעוני לשקוף. ניתן לייצרם במגוון רחב של רגישויות, בין שינוי מלא עקב שנייה של חשיפה, ועד שינוי שמתרחש במהלך חודש שלם של חשיפה לקרינה.
קישורים חיצוניים
עריכה- מסמך אודות פוטוכרומיזם אורגני, מאת IUPAC
- פוטוכרומיזם, ב"ספר הזהב" של IUPAC