Лекция №13. Фотохромные процессы

Сущность явления фотохромизма заключается в том, что при воздействии лучистой энергии фотохромное вещество мгновенно меняет свой цвет без дополнительной обработки; по окончании облучения появившаяся окраска исчезает с большей или меньшей скоростью. Фотохромизм могут рассматривать как частный случай фототропии. Под фототропией в химии понимают обратимое изменение спектра поглощения вещества под действием электромагнитного излучения. Если изменение спектра поглощения происходит в видимой области, т.е. обнаруживается изменение окраски вещества, говорят о фотохромизме.

Явление фототропии и, в частности, фотохромизма можно представить следующей схемой:

, где А и В – молекулы или комплексы, различающиеся спектрами поглощения;

hv₁ – индуцирующее излучение;

hv₂ – излучение, стирающее изображение;

kt - тепловая энергия.

Состояние А – основное, а В – основное или долгоживущее возбужденное состояние.

Фотохромные свойства присущи многим органическим и неорганическим соединениям, как в кристальном состоянии, так и в растворе. Простейшим примером фотохромизма неорганического соединения может служить эффект Гершеля.

Из числа неорганического вещества, обладающего фотохромными свойствами, наибольший практический интерес представляют фотохромные стекла. Это боросиликатные стекла (Na₂O•B₂•O₃•SiO₂), с которыми сплавлены небольшие количества (около 0,5%) AgCl, или AgBr, или другие светочувствительные неорганические соединения. Фотохромное стекло бесцветно и прозрачно. При действии УФ-излучения оно темнеет, но по окончании облучения спонтанно обесцвечивается. Фотохромный процесс, протекающий в стекле, аналогичен эффекту Гершеля:

Многообразны фотохромные проессы в органических соединениях. Известно свыше 1000 фотохромных веществ из более чем 20 классов органических соединений. Фотохромные процессы в органических соединениях могут протекать по различным механизмам, в зависимости от структуры молекулы соединений и других условий. Известны фотохромные превращения в результате реакций:

1) фотоизомеризация (индигоидные соединения);

2) фототаутомеризация (нитробензилпроизводные соединения);

3) фотодиссоциация (биимидозалилы);

4) фотодиссоциация с последующей изомеризацией (спиропираны);

5) фототаутомеризации с последующей изомеризацией (дитизанаты металлов);

6) фотоиндуцированные окислительно-восстановительные реакции (тионин-железо);

7) фотодимеризация (бензакридизиниевые соли) и др.

Фотохромные превращения спиропиранов.

Спиропираны – это ди- или полициклические соединения с одним общим атомом

типа А, где А – обычно С, но могут быть N или As, или P.

Название этих соединений происходит от лат. “спиро”, что в переводе означает крендель в виде цифры 8. Спиропираны имеют имеют строение:

где Х = О или N или S

Спиропираны обычно бесцветны. При поглощении УФ-излучения они подвергаются диссоциации по связи С-Х, в результате чего образуется цепь сопряженных двойных связей, и происходит окрашивание бесцветной органической системы по схеме:

К достоинствам фотохромных процессов относятся:

1) весьма высокая скорость появления изображения под действием лучистой энергии (за время 10^-13 – ^10-7с); при экспонировании фотохромного материала со спиропиранами излучением квантового генератора с l=351,1нм появление изображения с оптической плотностью ∆Д=1,0 достигается менее чем за 10^–7 с;

2) отсутствие процессов химико-фотографической обработки;

3) весьма высокая разрешающая способность;

4) возможность многократного использования фотохромного материала (для фотохромных материалов со спиропиранами число циклов «запись-стирание» равно 10-30, но фотохромные материалы на основе α – салицилиденанилина выдерживают более 50 000 циклов перезаписи информации без изменения исходных характеристик).

Продолжительность хранения информации, записанной на органических фотохромных материалах может регулироваться в известных пределах. При обычных температурах фотоиндуцированная форма В может переходить в состояние А за время от микросекунды до нескольких месяцев и даже лет, в зависимости от структуры фотохромного соединения, от состава связующего, от условий хранения записанной информации и т.д.

Фотохромные материалы имеют большие перспективы применения для специальных видов записи информации: в системе памяти компьютера, в системе оптической обработки сигналов, в голографии при действии излучений лазерных источников, в динамических индикаторных устройствах проектирующего типа (в частности, в системах отображения информации на большой экран) и др.

Основная литература (5 осн. [112-113])

Дополнительная литература (6 доп. [44-45])

Контрольные вопросы:

1. Фотохромизм и его сущность.

2. Явление фототропии

3. Механизмы фотохромных процессов в органических соединениях

4. Фотохромные превращения спиропиранов.

5. Достоинства фотохромных процессов

Date: 2015-09-24; view: 655; Нарушение авторских прав