He visto varios de mi (rico), amigos y maestros que tienen gafas que son incoloros en el interior, pero tomar un tono más oscuro cuando se expone a la luz solar.
En la búsqueda de la química de esta, me hicieron saber que la plata se redujo en la luz del sol, y volvió de nuevo a los iones de plata en el interior.
Si la plata era llegar reducido, lo que está haciendo oxidado? Y ¿cómo es que las luces interiores (fluoroscent tubos, etc.) no afectan a la lente?
Como se ha mencionado en los comentarios, este tema puede llegar a ser muy complejo si todos los aspectos de la actual generación de lentes fotocromáticas son llevados a la mesa (y estoy seguro de que mucha de ella está encerrada en secretos comerciales). Mi objetivo aquí es proporcionar una idea de la química/física de los mecanismos en el trabajo.
Gafas de sol fotocromáticas se complementan con la nueva aplicación de conocimiento muy antiguo. Las sales de plata se han aislado y manipulados durante siglos, por lo que sin duda ha sabido de ellos tienen una tendencia a oscurecer la luz por un largo tiempo. Este simple hecho (además de un montón de procesos auxiliares) fue la base de las principales formas de la fotografía durante todo el siglo 19 y 20.
Debido a esto, los clásicos ejemplos de compuestos fotosensibles son los haluros de plata ($\ce{AgX}$), particularmente $\ce{AgCl}$, $\ce{AgBr}$ e $\ce{AgI}$. Estos compuestos son incoloro a ligeramente amarillo puro. Tras la exposición a los fotones de frecuencia adecuada, la idealizada de la secuencia de eventos es:
$$1) \quad \ce{2 X- \xrightarrow{h\nu} X_2 + 2 e-}$$ $$2)\quad \ce{2 Ag+ + 2e^- -> 2 Ag^0}$$
Así que, esencialmente, la iluminación de los haluros de plata desencadena la producción de elemental (es decir, metálico) de plata. Este es un photoredox proceso; nos dicen que los aniones haluro de someterse a la fotooxidación, y la plata de los cationes de someterse a la fotorreducción. Una interesante forma de verlo es pensar que los haluros normalmente no son lo suficientemente fuertes agentes reductores para activar la reducción de $\ce{Ag+}$ a $\ce{Ag^0}$. Sin embargo, esto sólo es cierto en el estado electrónico fundamental de estas especies - el haluro de iones $\ce{X-}$ en un electrónicas estado excitado tiene diferentes propiedades químicas durante su corta vida, y, en particular, se convierte en un proceso mucho más fuerte agente reductor, y ahora puede reducir plata directamente. Esto nos lleva a otra descripción, que puede ser más precisos en otros contextos
$$1) \quad \ce{2 X- \xrightarrow{h\nu} 2X^{-*}}$$ $$2)\quad \ce{2 Ag+ + 2X^{-*} -> 2 Ag^0 + X_2}$$
De regreso a la plata. En lugar de formar un brillante film reflectante, la plata se formó como una multitud de pequeñas desconectado partículas. Como los fotones rebotan alrededor de forma caótica en el laberinto de la plata clusters, una gran fracción de la luz incidente termina siendo absorbido (y la transforma en calor). En la escala macroscópica, esto hace que el material aparecen oscuras.
Es interesante señalar aquí que el elemento de plata solo no es responsable por el efecto de oscurecimiento. El proceso se inicia con la absorción de la luz para generar una fuerte reducción de las especies, a partir de la cual los iones de plata luego de robar un electrón para convertirse en metal plateado. En principio, por lo tanto, es posible ajustar este efecto dependiendo de qué otra cosa se mezcla con los iones de plata. De hecho, como los haluros de peso, la ionización se hace más fácil (o, alternativamente, se hace más fácil para llegar a la fuerte reducción de photoexcited estado), y los haluros de plata se vuelven más fotosensible. Sin embargo, es posible mezclar en algo completamente distinto, como los ricos en electrones de los compuestos orgánicos, que podría ceder sus electrones a los iones de plata cuando se expone a la luz. También es fundamental el uso de la plata en absoluto - todos los metales son oscuras cuando se dispersa en pequeños racimos.
Así que ahora poner este conocimiento, junto a uno de los más simples ejemplos de las lentes fotocromáticas. Esta tecnología ha sido utilizada en el pasado, pero ahora es probable que suplantado.
Como antes, vamos a empezar con un haluro de plata. Por ejemplo, durante la fabricación de vidrio, una pequeña cantidad de $\ce{AgCl}$ puede ser añadido. Aunque parezca lo contrario, el vidrio ordinario, cuando golpeó con la luz, que potencialmente puede desencadenar la formación de $\ce{Ag^0}$ y oscurecer el vidrio.
El problema ahora es que este proceso sea reversible. En el ideal de las reacciones anteriormente, la formación de $\ce{Ag^0}$ también requeriría la formación de $\ce{Cl_2}$. Estos dos compuestos, en principio, puede reaccionar para regenerar $\ce{AgCl}$ (después de todo, $\ce{AgCl}$ fue la termodinámica mínimo, tenía que ser golpeado con un fotón se convierta en algo más!). Sin embargo, $\ce{Cl_2}$ podría, potencialmente, desencadenar una serie de otros de la reacción, o moverse en el vaso (que es un gas en condiciones estándar), lo que hace que el proceso sea poco probable que sea reproducible reversible.
Para resolver este problema, es posible añadir otro par de electroquímicamente activo especies. En particular, resulta $\ce{CuCl}$ es una buena opción. Por qué? $\ce{AgCl}$ e $\ce{CuCl}$ puede ser mezclado en un vaso sin reaccionar, una vez más, la generación de una incoloro material. Sin embargo, tras la exposición a la luz, los siguientes (idealizado) las reacciones que se dan:
$$1) \quad \ce{ Cl- \xrightarrow{h\nu} Cl^{0} + e^-}$$ $$2) \quad \ce{Ag+ + e^- -> Ag^0 }$$ $$3) \quad \ce{Cu+ + Cl^0 -> Cu^2+ + Cl-}$$
Ahora el cloruro es esencialmente una especie de espectador. El proceso puede ser reescrita como:
$$\text{Net ionic equation}: \quad \ce{Cu+ + Ag+ \xrightarrow{h\nu} Cu^2+ + Ag^0}$$
A lo largo del tiempo, la tendencia es la $\ce{Cu^2+}$ a reoxidise el metal de plata de la espalda completamente a $\ce{Ag+}$, con lo que el cristal transparente de nuevo. Este proceso es relativamente lento, sin embargo, y por lo tanto, mientras hay luz reflejada en el cristal, hay una acumulación de $\ce{Ag^0}$, lo que es oscuro. Todos en todos, muy conveniente, por cierto.
Por último, voy a hablar brevemente por qué este proceso ocurre en la luz del sol, pero no en el interior. Como era de esperar, este es completamente intencional de la propiedad. Buen ojo-desgaste gafas de bloque invisible y dañar los fotones UV de la luz solar, pero no debería bloquear visible fotones. Mientras tanto, una buena visible de la fuente de luz debe crear visible fotones, y evitar el desperdicio de energía en los dañinos rayos de fotones. El diseño de los materiales utilizados, tanto en gafas fotocromáticas y lámparas fluorescentes, por lo que ha conducen naturalmente a la situación en la que las lentes fotocromáticas en general, no debería oscurecer con cubierta de fuentes de luz.
Para un acercamiento más práctico para todo este tema, recomiendo este excelente video.
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