Explicación química del funcionamiento de las lentes fotocromáticas

Los vidrios fotocromáticos son materiales que tienen la propiedad de poder pasar de un estado 1 a un estado 2 si les llega luz, y volver del 2 al 1 si la luz desaparece. Es decir, se trata de una transformación reversible. La diferencia entre ambos estados es que tienen distintos espectros de absorción, es decir, que cada uno de ellos absorbe la radiación de forma diferente y en distinta cantidad. La aplicación más conocida es la de las lentes, gafas o anteojos fotocromáticos, que se oscurecen en presencia de luz de alta frecuencia (UV) y vuelven a aclararse en lugares menos iluminados por el Sol o iluminados por luz artificial.

El secreto de estos vidrios es que, cuando se fabrican, a la masa fundida de borosilicato se le añade un haluro de plata (típicamente cloruro de plata, AgCl) y un compuesto de cobre(I), es decir Cu+. Cuando se obtiene el producto final, en el interior del material quedan cristales del haluro de plata de aproximadamente 5–30 nm de diámetro que se distribuyen uniformemente por todo el vidrio. Estos cristalitos no absorben la luz y, además, como son mucho más pequeños que la longitud de onda de la luz visible (400–700 nm), tampoco la bloquean ni la dispersan. Por eso, el vidrio cargado con haluros de plata sigue siendo transparente.

Cuando llega luz natural al vidrio, la componente ultravioleta produce estas reacciones fotoquímicas en el haluro de plata (supongamos que es AgCl, formado de iones Cl y Ag+):

Cl  →  Cl + e
Ag+ + e  → Ag

La plata elemental que se forma (Ag) sí absorbe luz visible, y eso hace que el vidrio se oscurezca.

Obsérvese que se han creado también átomos de Cl elemental, los cuales son muy inestables y tienen una alta tendencia a reducirse a Cl (es decir, son fuertemente oxidantes). Para reducirse necesitan tomar un electrón. Quien lo proporciona es el Cu+ existente en el vidrio. La reacción rédox que tiene lugar es:

Cl  +  Cu+  →   Cu2+  +  Cl

Mientras esté presente luz UV, esta sostendrá la reacción de reducción de plata iónica (Ag+) a plata metálica (Ag), pero si la radiación cesa, la Ag podrá volver a su estado oxidado Ag+. De hecho, vuelve porque la especie Cu2+ que se había creado tiende a reducirse a Cu+ y para ello toma un electrón de Ag según esta nueva reacción rédox:

Cu2+  +  Ag  →  Cu+  +  Ag+

De este modo, las lentes se vuelven a aclarar.

Modernamente, las lentes fotocromáticas se fabrican de materiales plásticos como el policarbonato. La explicación del fotocromatismo en ese material es diferente.


Fuente:

(Imagen de cabecera: adaptada de Weetect.com)