Cromismo

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 electrónicos de las moléculas , especialmente en el estado de los electrones π o d, por lo que este fenómeno es inducido por diversos estímulos externos que pueden alterar la densidad electrónica de las sustancias. Se sabe que existen muchos compuestos naturales que presentan cromismo, y hasta la fecha se han sintetizado muchos compuestos artificiales con cromismo específico. Generalmente es sinónimo de cromotropismo , el cambio (reversible) de color de una sustancia debido a las propiedades físicas y químicas de su medio circundante, como la temperatura y la presión, la luz, el disolvente y la presencia de iones y electrones . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

El cromismo se clasifica según el tipo de estímulos que se utilizan. A continuación se muestran ejemplos de los principales tipos de cromismo.

• El termocromismo es un tipo de cromismo inducido por el calor, es decir, por un cambio de temperatura. Este es el tipo de cromismo más común.
• El fotocromismo se induce mediante la irradiación de luz. Este fenómeno se basa en la isomerización entre dos estructuras moleculares diferentes, la formación de centros de color en cristales inducida por la luz, la precipitación de partículas metálicas en un vidrio u otros mecanismos.
• El electrocromismo se induce por la ganancia y pérdida de electrones . Este fenómeno ocurre en compuestos con sitios redox activos, como iones metálicos o 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 a continuación en §  Fenómenos de cambio de color .

El efecto cromático descrito anteriormente se observa mediante un cambio en el espectro de absorción del material crómico . Un grupo cada vez más importante de cromismos son aquellos en los que se manifiestan cambios en sus espectros de emisión. Por ello, se denominan fluorocromismos , como el solvatofluorocromismo , el electrofluorocromismo y el mecanofluorocromismo .

Los fenómenos cromáticos son aquellos en los que se produce color cuando la luz interactúa con los materiales, a menudo denominados materiales cromáticos, de diversas maneras. Estos se pueden clasificar en las siguientes cinco categorías:

• Cambio de color estimulado (reversible)
• La absorción y reflexión de la luz
• La absorción de energía seguida de la emisión de luz.
• La absorción de luz y la transferencia (o conversión) de energía.
• La manipulación de la luz.

Los fenómenos que implican un cambio de color en un compuesto químico bajo un estímulo externo se engloban bajo el término genérico de cromismos. Su nombre individual depende del tipo de influencia externa, que puede ser química o física . Muchos de estos fenómenos son reversibles. La siguiente lista incluye todos los cromismos clásicos, además de muchos otros de creciente interés en nuevos campos.

También existen cromismos que involucran dos o más estímulos. Algunos ejemplos son:

• Fotoelectrocromismo – Fotovoltacromismo – Bioelectrocromismo – Solvatofotocromismo – Termoluvatocromismo – Halosolvatocromismo – Electromecanocromismo .

También se observan cambios de color al interactuar las nanopartículas metálicas y sus ligandos con otro estímulo. Algunos ejemplos son el solvatocromismo plasmónico , el ionocromismo plasmónico , el cronocromismo plasmónico y el vapocromismo plasmónico .

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 / cosméticos , seguridad , sensores , memoria óptica e interruptores ópticos , termocromáticos en pinturas , tintas , plásticos y textiles como indicadores/sensores y en arquitectura , ionocrómicos en papel de copia , impresión térmica directa y sensores textiles , electrocrómicos en espejos de automóviles , ventanas inteligentes , dispositivos flexibles y protección solar , solvatocrómicos en sondas y sensores biológicos , gasocrómicos en ventanas y sensores de gas .

Los tintes y pigmentos clásicos producen color mediante la absorción y reflexión de la luz; estos materiales influyen notablemente en el color de nuestra vida cotidiana. En el año 2000, la producción mundial de tintes orgánicos alcanzó las 800 000 toneladas y la de pigmentos orgánicos, las 250 000 toneladas, y este volumen ha crecido de forma constante durante los primeros años de este siglo. Se prevé que en 2019 el valor del mercado de tintes y pigmentos orgánicos alcance los 19 500 millones de dólares. Este valor es superado por la enorme producción de pigmentos inorgánicos . Los tintes orgánicos se utilizan principalmente para colorear fibras textiles , papel , cabello y cuero , mientras que los pigmentos se emplean mayoritariamente en tintas , pinturas , plásticos y cosméticos . Ambos se utilizan en el sector en auge de la impresión digital de textiles, papel y otras superficies.

Los tintes también se fabrican utilizando las propiedades de las sustancias cromáticas: ejemplos de ello son los tintes fotocrómicos y los tintes termocrómicos.

La absorción de energía seguida de la emisión de luz se describe a menudo con el término luminiscencia . El término exacto utilizado depende de la fuente de energía responsable de la luminiscencia, como en los fenómenos de cambio de color.

• Eléctrica – electroluminiscencia Galvanoluminiscencia Sonoluminiscencia .
• Fotones (luz) – Fotoluminiscencia Fluorescencia Fosforescencia Biofluorescencia .
• Química – Quimioluminiscencia Bioluminiscencia Electroquimioluminiscencia .
• Térmica – Termoluminiscencia Piroluminiscencia Candololuminiscencia .
• 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 ámbitos importantes. La catodoluminiscencia se emplea en tubos de rayos catódicos , la fotoluminiscencia en iluminación fluorescente y paneles de plasma , la fosforescencia en señales de seguridad e iluminación de bajo consumo, la fluorescencia en pigmentos , tintas, abrillantadores ópticos , ropa de seguridad y análisis y diagnóstico biológico y médico , la quimioluminiscencia y la bioluminiscencia en análisis, diagnóstico y sensores, y la electroluminiscencia en las áreas emergentes de diodos emisores de luz (LED/OLED), pantallas e iluminación de paneles. Se están produciendo importantes avances en las áreas de puntos cuánticos y nanopartículas metálicas .

La absorción de luz y la transferencia (o conversión) de energía involucran 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 óptico de datos , como fotoconductores orgánicos , como sensibilizadores en fotomedicina , como la terapia fotodinámica y la terapia fototérmica en el tratamiento del cáncer, en fotodiagnóstico y fototeranóstico , y en la fotoinactivación de microbios, sangre e insectos. La absorción de la luz solar natural por materiales/cromóforos crómicos se aprovecha en células solares para la producción de energía eléctrica a través de células solares , utilizando tanto materiales fotovoltaicos inorgánicos como orgánicos ( fotovoltaicos orgánicos ) y células solares sensibilizadas por colorantes (DSSCs), y también en la producción de productos químicos útiles a través de fotosíntesis artificial . Un área en desarrollo es la conversión de la luz en energía cinética, a menudo descrita bajo el término genérico de máquinas moleculares impulsadas por la luz .

Los materiales pueden utilizarse para controlar y manipular la luz mediante diversos mecanismos para producir efectos útiles relacionados con el color. Por ejemplo, un cambio en la orientación de las moléculas para producir un efecto visual, como en las pantallas de cristal líquido . Otros materiales funcionan produciendo un efecto físico, por interferencia y difracción, como en los pigmentos de brillo y los pigmentos ópticamente variables , los cristales fotónicos coloidales y en la 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 así su intensidad, como en los láseres orgánicos , o modificando la transmisión de la luz a través de los materiales, como en la optoelectrónica , o por medios puramente ópticos, como en los limitadores ópticos .

• Peter Bamfield y Michael Hutchings, Fenómenos crómicos: aplicaciones tecnológicas de la química del color, 3.ª edición, Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2018. ISBN 978-1-78262-815-6 {EPUB ISBN 978-1-78801-503-5}.
• Vik Michal y Periyasamy Aravin Prince, Materiales crómicos: fundamentos, mediciones y aplicaciones, Apple Academic Press, 2018. ISBN 9781771886802.
• Ferrara Mariella y Murat Bengisu, Materiales que cambian de color: Materiales inteligentes y diseño inteligente, Springer, 2014. ISBN 978-3-319-00289-7