Estructuras cristalinas de pigmentos azules. Crédito:Mas Subramanian, La Universidad Estatal de Oregon
Un investigador de química de la Universidad Estatal de Oregon que hizo historia hace una década con el descubrimiento accidental del primer pigmento inorgánico azul nuevo en más de dos siglos está impulsando nuevamente la ciencia del color.
Analizando la estructura cristalina de pigmentos basados en hibonita, un mineral que se encuentra en los meteoritos, Mas Subramanian de la Facultad de Ciencias de OSU ha allanado el camino hacia el diseño de más pigmentos que son estables, duradero y no tóxico con tonos vivos.
Hallazgos del estudio, apoyado por la National Science Foundation, fueron publicados en la revista American Chemical Society, ACS Omega .
Subramanian y su equipo descubrieron el azul YInMn en 2009 cuando estaban experimentando con nuevos materiales que podrían usarse en aplicaciones electrónicas.
"Tuvimos suerte la primera vez con YInMn blue, y ahora hemos creado algunos principios de diseño, "Dijo Subramanian.
A lo largo de gran parte de la historia humana registrada, personas de todo el mundo han buscado compuestos inorgánicos que podrían usarse para pintar cosas de azul, a menudo con un éxito limitado. La mayoría tenía problemas medioambientales o de durabilidad.
"La mayoría de los pigmentos se descubren por casualidad, "Subramanian dijo." La razón es porque el origen del color de un material depende no sólo de la composición química, sino también en la intrincada disposición de los átomos en la estructura cristalina. Entonces alguien tiene que hacer el material primero, luego estudie su estructura cristalina a fondo para explicar el color ".
Antes de YInMn blue, el último descubrimiento azul fue el azul a base de óxido de aluminio y cobalto, sintetizado por un químico francés en 1802. El azul cobalto sigue siendo un pigmento comercial dominante debido a su intensidad de color, facilidad de síntesis y amplia aplicabilidad.
Su producción, sin embargo, requiere una cantidad significativa de iones de cobalto, Co 2+ , eso es peligroso tanto para los seres humanos como para el medio ambiente.
Al analizar la estructura de los pigmentos azules a base de hibonita, Subramanian ha desarrollado una forma de igualar o superar la intensidad del azul cobalto mientras usa mucho menos ion cobalto cancerígeno dañino, o reemplazarlo por completo.
Los pigmentos a base de hibonita son más estables térmicamente que el azul de cobalto debido a su temperatura de preparación más alta y permanecen inalterados estructural y ópticamente tras la exposición a ácidos y álcalis fuertes.
Los investigadores informan que un óxido que contiene calcio, aluminio, El titanio junto con el cobalto o el níquel pueden cristalizar en una estructura similar a la hibonita que permite una serie de colores azules.
En comparación con el azul cobalto tradicional, el nuevo azul se puede "sintonizar" ajustando la cantidad de cobalto (Co 2+ ), níquel (Ni 2+ ) y titanio (Ti 4+ ) se colocan en los tres posibles entornos "cromóforos" de la estructura de hibonita; esas son las partes de una molécula que determinan el color al reflejar algunas longitudes de onda de luz mientras absorben otras.
Este estudio muestra que la presencia de cromóforos en un "entorno cristalino trigonal de forma bipiramidal", que consiste esencialmente en dos pirámides de base triangular unidas de base a base, es fundamental para la mejora del color.
"Esta parte de la estructura cristalina de la hibonita, como YInMn blue, permite colores azules vivos con un tono rojizo, ", Dijo Subramanian." El azul hibonita exhibe un mejor ahorro de energía, propiedades reflectantes del calor que el azul de cobalto tradicional debido a la presencia de titanio y menor contenido de cobalto.
"En naturaleza, La hibonita solo se encuentra en meteoritos que han sido sometidos a miles de grados de temperatura cuando atraviesan la atmósfera terrestre. por lo que tiene sentido que la estructura sea notablemente estable, ", agregó." Este tipo de estructuras minerales son probablemente el futuro para el diseño de pigmentos inorgánicos duraderos y seguros ".
La determinación de los ingredientes estructurales clave necesarios para hacer colores vivos debería permitir tiempos más cortos entre los descubrimientos de pigmentos, Subramanian dijo:agregando que la ciencia no siempre sigue un camino prescrito.
"La investigación es como cuando haces un viaje para ver algo, y tal vez cuando llegues allí no fue tan interesante como pensabas que sería, pero lo que viste en el camino fue más interesante de lo que podías haber imaginado ".
