Effetto solvatocromico: shift batocromico,shift ipsocromico

Alcune sostanze  hanno la peculiarità di variare il loro colore quando varia  la polarità del solvente e questo fenomeno è spiegato dall’effetto solvatocromico.
Esso correla gli spettri di emissione e di assorbimento con la polarità del solvente e può essere osservato per la presenza di gruppi cromofori che assorbono a una determinata frequenza dello spettro elettromagnetico che cade nel campo del visibile.

I composti che presentano tale effetto possono essere usati:

  • come indicatori per confrontare la polarità di diversi solventi
  • per la caratterizzazione di solventi, di sistemi costituiti da diversi solventi e di superfici solide solvatate.

L’ effetto solvatocromico è dovuto alla presenza di diverse polarità dello stato fondamentale e dello stato eccitato del cromoforo. Una variazione di polarità del solvente porta a una variazione dell’energia di stabilizzazione sia dello stato fondamentale che dello stato eccitato. Si ha variazione del gap energetico tra questi due stati che può essere influenzato da interazioni polari quali legami a idrogeno, interazioni dipolo-dipolo, forze di van der Waals.

Questo fenomeno  è supportato dal principio di Franck-Condon, che considera le transizioni elettroniche di cromofori disciolti in liquidi.

Le molecole di soluto si solubilizzano e sono circondate dal solvente che dà luogo a un’interazione  stabilizzante. Nel caso di cromofori polari disciolti in solventi polari  l’energia delle interazioni è molto alta. La sfera di solvatazione varia costantemente finché non si minimizza l’energia totale del sistema. Quando tali interazioni sono diverse nello stato fondamentale e nello stato eccitato si verifica l’effetto solvatocromico.

Shift batocromico

Il solvatocromismo può essere positivo se si verifica la variazione di colore quando la polarità del solvente diminuisce.

Tale fenomeno è noto come shift batocromico o red shift. Esso  si verifica quando gli spettri di assorbimento o di emissione relativi a una transizione avvengono a lunghezze d’onda maggiori.

Ad esempio il 4,4’-bis-dimetilammino- fucsone assorbe a una lunghezza d’onda di 485 nm se il solvente è il toluene corrispondente al colore arancione; se il solvente è l’acetone, più polare del toluene il composto assorbe a 500 nm corrispondente al colore rosso e, in metanolo che è un solvente più polare dell’acetone assorbe a 555 nm corrispondente al colore porpora.

Si verifica un solvatocromismo negativo se la variazione di colore avviene quando la polarità del solvente aumenta.  Tale fenomeno è noto come shift ipsocromico o blue shift e si verifica quando gli spettri di assorbimento o di emissione relativi a una transizione avvengono a lunghezze d’onda minori. Ad esempio l’acetone assorbe a 279 mn se il solvente è l’eano mentre assorbe a 264.5 nm quando il solvente è l’acqua che ha una polarità maggiore dell’acetone.

Il solvatocromismo è comunemente utilizzato in molti settori della ricerca chimica e biologica per studiare le polarità locali esistenti in macrosistemi e per comprendere la conformazione e il legame delle proteine.

Il solvatocromismo rimane, tuttavia, ancora un fenomeno in gran parte sconosciuto a causa della complessità di molte interazioni e dei processi dinamici coinvolti.

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