Il fotocromismo è un cambiamento di colore reversibile, in particolare un processo che descrive un cambiamento di colore in presenza di luce ultravioletta (UV), visibile e infrarossa (IR). Questo fenomeno si osserva comunemente nelle lenti di transizione, che sono i tipi di lenti per occhiali che diventano scure alla luce del sole all’aperto e diventano chiare alla luce dell’interno. Una sostanza fotocromatica mostra un cambiamento di colore in presenza di determinati tipi di luce, ad esempio la luce solare UV che attiva le lenti di transizione. Il fenomeno si verifica a causa delle caratteristiche di assorbimento del materiale molecolare in risposta alla radiazione di lunghezza d’onda. Diversi materiali possono rispondere con i propri caratteristici spettri di trasmissione che si trasformano in presenza di variazioni di luce.
Una comprensione accurata del fenomeno fu scoperta per la prima volta dal chimico organico ebreo tedesco Dr. Willi Marckwald (1864–1950), che si chiamava anche Willy Markwald, nel 1899 e chiamò fototropia fino agli anni ‘1950. È anche accreditato della scoperta del Radium F, un isotopo del polonio di Pierre e Marie Curie, durante il suo mandato all’Università di Berlino. Sebbene il fenomeno fotocromico fosse stato osservato da altri già nel 1867, Marckwald lo determinò di fatto nel suo studio sul comportamento della benzo-1-naftirodina e del tetracloro-1,2-cheto-naftalenone alla luce.
In poche parole, un composto chimico esposto alla luce si trasforma in un altro composto chimico. In assenza di luce, si trasforma di nuovo nel composto originale. Questi sono etichettati come reazioni in avanti e indietro.
I cambiamenti di colore possono verificarsi in composti organici e artificiali e hanno luogo anche in natura. La reversibilità è un criterio chiave nella denominazione di questo processo, sebbene possa verificarsi un fotocromismo irreversibile se i materiali subiscono un cambiamento di colore permanente con l’esposizione alle radiazioni ultraviolette. Questo, tuttavia, rientra nell’ambito della fotochimica.
Numerose molecole fotocromatiche sono classificate in diverse classi; questi possono includere spiropirani, diariletene e chinoni fotocromatici, tra gli altri. I fotocromatici inorganici possono includere argento, cloruro d’argento e alogenuri di zinco. Il cloruro d’argento è il composto tipicamente utilizzato nella produzione di lenti fotocromatiche.
Altre applicazioni del fotocromismo si trovano nella chimica sopramolare, per indicare le transizioni molecolari osservando i caratteristici cambiamenti fotocromici. L’archiviazione di dati ottici tridimensionali utilizza il fotocromismo per creare dischi di memoria in grado di contenere un terabyte di dati, o essenzialmente 1,000 gigabyte. Molti prodotti utilizzano questa alterazione per creare caratteristiche attraenti per giocattoli, tessuti e cosmetici.
L’osservazione delle bande fotocromatiche in alcune porzioni dello spettro luminoso consente il monitoraggio non distruttivo dei processi e delle transizioni correlati alla luce. La nanotecnologia si basa sul fotocromismo nella produzione di film sottili. L’effetto può essere correlato con le risposte di colorazione sull’area superficiale di un film, che può essere utilizzato in qualsiasi numero di applicazioni ottiche o di film sottili; ad esempio, gli usi includono la produzione di semiconduttori, filtri e altri trattamenti tecnici di superficie.
Solitamente i sistemi fotocromatici si basano su reazioni unimolecolari che avvengono tra due stati con spettri di assorbimento notevolmente differenti. Il processo è spesso uno spostamento reversibile della radiazione termica, o calore, nonché della luce spettrale visibile. Applicare questo fenomeno ai prodotti di consumo e alle tecnologie industriali implica legare questi cambiamenti molecolari naturali a trasmissioni e assorbimenti di luce desiderabili per una moltitudine di effetti desiderabili. L’ingegneria della banda energetica di prodotti e tecnologie è notevolmente migliorata da queste modifiche sensibili al colore tra luce, materiali ed elementi.