فتوکرومیسم
بررسی اجمالی

فتوکرومیسم تعریف دقیق ندارد، اما معمولاً برای توصیف ترکیباتی که تحت واکنش فتوشیمیایی برگشت‌پذیر قرار می‌گیرند، در جایی که باند جذب در قسمت قابل مشاهده طیف الکترومغناطیسی به‌طور چشمگیری در قدرت یا طول موج تغییر می‌کند، استفاده می‌شود. در بسیاری از موارد، یک باند جذب فقط در یک شکل وجود دارد. درجه تغییر مورد نیاز برای اینکه یک واکنش فتوشیمیایی «فتوکرومیک» نامیده شود، همان حسی است که از نظر چشم به نظر می‌رسد، اما در اصل هیچ خط تقسیم بین واکنش‌های فتوکرومیک و سایر واکنش‌های فتوشیمی وجود ندارد؛ بنابراین، در حالی که ایزومریزاسیون ترانس سیس آزوبنزن یک واکنش فتوکرومیک در نظر گرفته می‌شود، واکنش مشابه استیلبن چنین نیست. از آنجا که فتوکرومیسم فقط مورد خاصی از واکنش فتوشیمیایی است، تقریباً از هر نوع واکنش فتوشیمیایی ممکن است برای تولید فتوکرومیسم با طراحی مولکولی مناسب استفاده شود. برخی از متداول‌ترین فرایندهای دخیل در فتوکرومیسم، واکنش‌های دور حلقوی، ایزومریزاسیون سیس ترانس، انتقال هیدروژن درون مولکولی، انتقال گروه درون مولکولی، فرایندهای تجزیه و انتقال الکترون (کاهش اکسیداسیون) است.
یکی دیگر از نیازهای فتوکرومیسم این است که دو حالت از مولکول باید تحت شرایط محیطی برای مدت زمان معینی از نظر حرارتی پایدار باشند. همان‌طور که، نیترو اسپیروپیران (که در تاریکی بیش از ۱۰ دقیقه، در دمای اتاق ایزومر می‌شود) فتوکرومیک در نظر گرفته می‌شود. تمام مولکول‌های فتوکرومیک به نوعی به شکل پایدارتر شان ایزومر می‌شوند و این ایزومریزاسیون با گرم شدن تسریع می‌شود؛ بنابراین بین ترکیبات فتوکرومیک و ترموکرومیک رابطه نزدیک وجود دارد. مقیاس زمانی ایزومریزاسیون حرارتی برای کاربردها مهم است و ممکن است از نظر مولکولی مهندسی شده باشد. ترکیبات فتوکرومیک در نظر گرفته شده «پایدار از نظر حرارتی» شامل برخی از دایرالتن‌ها هستند که حتی پس از گرم شدن در دمای ۸۰ درجه سانتیگراد به مدت ۳ ماه ایزومر نمی‌شوند.
از آنجا که کروموفورهای فتوکرومیک، رنگ هستند و مطابق واکنش‌های شناخته شده عمل می‌کنند، مهندسی مولکولی آنها را برای تنظیم دقیق خواص آنها با استفاده از مدل‌های شناخته شده طراحی، محاسبات مکانیک کوانتوم و آزمایش می‌توان به راحتی به دست آورد. به‌طور خاص، تنظیم نوارهای جذب به قسمتهای خاصی از طیف و مهندسی پایداری حرارتی بسیار مورد توجه قرار گرفته‌است.
گاهی اوقات و به ویژه در صنایع رنگ سازی، اصطلاح «فتوکرومیک برگشت ناپذیر» برای توصیف موادی که تحت تأثیر تابش نور ماوراء بنفش یا نور مرئی تغییر می‌کنند، به کار می‌رود. از آنجا که با توجه به تعریف، فتوکرومیک‌ها برگشت‌پذیر هستند، از نظر فنی چیزی به نام «فتوکرومیک برگشت ناپذیر» وجود ندارد این کاربرد کم مصرف است و از این ترکیبات بهتر است به عنوان رنگ‌های «قابل تغییر با نور» یا «واکنش پذیر» نام برد.
جدا از خصوصیاتی که قبلاً ذکر شد، چندین خاصیت دیگر فتوکرومیک برای استفاده از آنها مهم است. اینها شامل عملکرد کوانتومی، مقاومت در برابر فرسودگی، حالت ثابت ایستایی و قطبیت و حلالیت هستند. عملکرد کوانتومی واکنش فتوشیمیایی کارایی تغییر فتوکرومیک را با توجه به مقدار نور جذب شده تعیین می‌کند. عملکرد کوانتومی ایزومریزاسیون می‌تواند به شدت به شرایط وابسته باشد. در مواد فتوکرومیک، فرسودگی به از دست دادن برگشت‌پذیری توسط فرایندهایی مانند تخریب نوری، سفید شدن عکس، اکسیداسیون عکس و سایر واکنش‌های جانبی اشاره دارد. همه فتوکرومیک‌ها تا حدی دچار خستگی می‌شوند و میزان آن به شدت به نور فعال کننده و شرایط نمونه بستگی دارد. مواد فتوکرومیک دو حالت دارند و با استفاده از طول موج‌های مختلف نور می‌توان تبدیل آنها را کنترل کرد. تحریک با هر طول موج مشخصی از نور منجر به مخلوطی از دو حالت در یک نسبت خاص می‌شود که حالت ثابت ایستایی نامیده می‌شود. در یک سیستم عالی، طول موج‌هایی وجود دارد که می‌توان از آنها برای تهیه نسبت‌های ۱: ۰ و ۰: ۱ از ایزومرها استفاده کرد، اما در سیستم‌های واقعی این امکان وجود ندارد، زیرا باندهای جذب فعال همیشه تا حدی با هم همپوشانی دارند. به منظور ترکیب فتوکرومیک در سیستم‌های کاری، آنها همان مشکلات رنگ‌های دیگر را دارند. آنها اغلب در یک یا چند حالت شارژ می‌شوند که منجر به قطبیت بسیار بالا و تغییرات بزرگ قطبی احتمالی می‌شود. آنها همچنین اغلب حاوی سیستم‌های بزرگ متصل هستند که حلالیت آنها را محدود می‌کند.