선글라스 렌즈 중 자외선을 받으면 색이 어두워졌다가 실내로 들어오면 투명해지는 변색 렌즈는 할로겐화 은 결정이 빛에 의해 가역적인 산화 환원 반응을 일으키는 원리는 무엇인가요?

Question

선글라스 렌즈 중 자외선을 받으면 색이 어두워졌다가 실내로 들어오면 투명해지는 변색 렌즈는 할로겐화 은 결정이 빛에 의해 가역적인 산화 환원 반응을 일으키는 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

선글라스 렌즈 중 자외선을 받으면 어두워졌다가 실내에서 투명해지는 변색 렌즈는 할로겐화 은 결정의 가역적인 산화 환원 반응을 이용합니다. 유리 소재의 변색 렌즈 내부에는 미세한 염화 은이나 브롬화 은 결정과 함께 촉매 역할을 하는 염화 구리가 고르게 분산되어 있습니다.

​햇빛이 강한 야외로 나가 자외선을 받으면 결정 내의 염화 이온이 빛 에너지를 흡수하여 전자를 잃고 염소 원자로 산화됩니다. 이때 떨어져 나온 전자를 주변에 있던 무색 투명한 은 이온이 받아들여 금속 은 원자로 환원됩니다. 환원된 금속 은 원자들이 서로 뭉쳐 미세한 입자를 형성하면서 빛을 차단하기 때문에 렌즈가 어둡게 변하게 됩니다.

​반대로 자외선이 없는 실내로 들어오면 촉매인 염화 구리가 작용하여 역반응이 일어납니다. 먼저 일가의 구리 이온이 염소 원자에게 전자를 주어 자신은 이가의 구리 이온으로 산화되고 염소는 다시 염화 이온이 됩니다. 이어서 생성된 이가의 구리 이온이 빛을 막고 있던 금속 은으로부터 전자를 빼앗아 옵니다. 이 과정에서 금속 은은 전자를 잃고 다시 무색의 은 이온으로 산화되며, 구리 이온도 원래 상태로 돌아갑니다.

​이처럼 성분들이 렌즈 내부에 갇힌 채 물질의 소실 없이 산화와 환원을 반복하기 때문에 실내외 환경에 따라 투명도가 가역적으로 변하게 됩니다.