Itsestään tummuvissa laseissa kisaa kaksi vastakkaista reaktiota. Siksi lasit tummuvat eniten aurinkoisella mutta viileällä säällä.

Itsestään tummuvia osataan nyt tehdä kevyistä muovilinsseistäkin, mutta toimintaperiaate on suunnilleen sama kuin 1960-luvun puolimaissa, jolloin fototrooppiset lasimateriaalit keksittiin.

Linssimateriaalissa on hieman jotakin hopeahalogenidia, kuten hopeabromidia. Valon energia saa siinä aikaan kemiallisen reaktion, jossa positiivinen hopeaioni ottaa vastaan elektronin negatiiviselta bromi-ionilta. Hopeabromidi on lasissa läpinäkyvää, mutta reaktiossa syntyvät pienet, vain muutaman atomin kokoiset hopeakiteet tummentavat lasia, koska ne imevät eli absorboivat tehokkaasti valoa. Aivan samoin käy filmille, kun otat valokuvan.

Reaktioita kahteen suuntaan

Silmälasit eroavat ratkaisevasti kameran filmistä siinä, että linssimateriaalissa reaktioaineet ovat suljetussa tilassa. Siksi reaktio tapahtuu koko ajan myös käänteiseen suuntaan: hopea-atomi luovuttaa elektronin bromiatomille. Kemisti puhuu reversiibelistä reaktiosta. Tätä kuvaavat reaktioyhtälössä kahteen suuntaan osoittavat nuolet.

Hopea-atomeja siis sekä syntyy että hajoaa linssiaineessa jatkuvasti. Vastakkaiset ilmiöt päätyvät lopulta niin sanottuun dynaamiseen tasapainotilaan, jossa reaktion nopeus molempiin suuntiin on yhtä suuri. Tasapainokohdasta riippuu, kuinka tummiksi linssit tulevat.

Olet ehkä huomannut, että kesällä linssit jäävät vaaleammiksi kuin kevättalvella, vaikka aurinko miten helottaisi. Miksi näin?

Valo ja lämpö yhteispelissä

Valokuvausta harrastanut tietää, että valotusaika ei riipu siitä, paahtaako helle vai paukkuuko pakkanen; sen ratkaisee vain valon määrä. Sen sijaan filmejä itse kehittävälle lämpömittari on tärkeä työkalu. Jo muutaman asteen heitto kehitteen optimilämpötilasta voi pilata kuvat.

Fototrooppisissa laseissakin hopean muodostumisen nopeus riippuu yksinomaan valosta: mitä enemmän valoa ja mitä lyhytaaltoisempaa valoa (jossa on enemmän energiaa), sitä vilkkaammin tummentavaa hopeaa syntyy.

Käänteiseen reaktioon eli hopean muuttumiseen takaisin ioneiksi sen sijaan vaikuttaa lämpötila. Kylmä kangistaa reaktiota.

Keväisillä tunturihangilla ja varsinkin vuoristossa on paljon energeettistä ultraviolettivaloa, joka tummentaa laseja tehokkaasti. Vaikka vastakkainen reaktio kaiken aikaa pökkii linsseissä hopeaa ja bromia ionisoitumaan, se on kylmässä hitaimmillaan, ja reaktioiden keskinäinen tasapainokohta on reippaasti hopea-atomien puolella.

Joskus lasit yllättävät

Pakkasella lasit voivat tummua pilviselläkin säällä. Lapin tuntureilla kevätöiden hankikannoilla hiihtäneet ovat kertoneet fototrooppisten lasien tummentuneen jopa kuutamolla. Kun menee ulkoilmasta autoon, lasit vaalenevat. Autossa on lämpimämpää kuin ulkona, mutta valossakin on eroa. Sitä on vähemmän, ja siinä on myös niukemmin energiaa, koska auton ikkunat läpäisevät huonosti lyhyitä aallonpituuksia.

Asunnoissa käytetty ikkunalasi sen sijaan saattaa läpäistä runsaasti myös lyhytaaltoista valoa, ja siksi fototrooppiset silmälasit tummuvat joskus sisälläkin. Joistakin loisteputkista tulee myös tummentavaa lyhytaaltoista valoa.

Timo Suvanto on fysiikkaan erikoistunut tiedetoimittaja ja tietokirjailija.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2008