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Jul 10, 2023

Esta extraña roca brilla naturalmente en la oscuridad y ahora los científicos han descubierto cómo: ScienceAlert

El resplandor del mineral hackmanita (o sodalita tenebrescente) es un fenómeno natural fascinante que ha sido durante mucho tiempo un misterio para los científicos, incluso si ahora somos capaces de diseñar materiales sintéticos.

El resplandor del mineral hackmanita (o sodalita tenebrescente) es un fenómeno natural fascinante que ha sido durante mucho tiempo un misterio para los científicos, incluso si ahora somos capaces de diseñar materiales sintéticos que brillen en la oscuridad con mayor eficacia que cualquier cosa en la naturaleza.

Los geólogos describieron por primera vez el mineral en el siglo XIX, quienes estaban intrigados por su tendencia a brillar suavemente con un tono rosado brillante cuando se rompe o se coloca en la oscuridad y lo pierde con la luz. Investigaciones posteriores limitarían la química detrás de esta característica, pero la naturaleza precisa de la reacción ha resultado difícil de alcanzar.

Ahora, un nuevo estudio describe exactamente cómo ciertos tipos de hackmanita conservan parte de su brillo cuando pasan de entornos brillantes a oscuros. La clave es la delicada interacción entre las impurezas naturales del mineral, determinada por cómo se formó.

Comprender mejor cómo la hackmanita puede emitir luminiscencia blanca en condiciones de oscuridad ayudará aún más a los científicos a desarrollar nuestros propios materiales sintéticos capaces de brillar en la oscuridad sin ninguna fuente de energía, como en una señal de salida de emergencia, por ejemplo.

"Hemos investigado mucho con hackmanitas sintéticas y hemos podido desarrollar un material con un brillo claramente más prolongado que el de la hackmanita natural", dice la química de materiales Isabella Norrbo de la Universidad de Turku en Finlandia.

"Sin embargo, las condiciones que afectan a la luminiscencia no están claras hasta el momento".

Se estudió una combinación de datos experimentales y computacionales para determinar que las concentraciones y el equilibrio de azufre, potasio, titanio y hierro eran más importantes en lo que respecta al resplandor emitido por la hackmanita.

En particular, se descubrió que el titanio era el elemento que realmente brillaba, y el brillo mismo era impulsado por la transferencia de electrones.

Sin embargo, las concentraciones de titanio por sí solas no son suficientes para crear luminiscencia, ya que también se requiere la combinación adecuada de otros elementos.

Los investigadores dicen que los materiales sintéticos se pueden mejorar y hacer más eficientes y confiables a través de este tipo de estudios, incluso si la naturaleza no es capaz de igualar la fuerza de los brillos que se pueden diseñar en el laboratorio.

"Los materiales utilizados actualmente son todos sintéticos y, por ejemplo, el material con el conocido resplandor verde obtiene su brillo de un elemento llamado europio", dice el químico de materiales Mika Lastusaari, de la Universidad de Turku.

"La dificultad con este tipo de material es que, aunque se les puede añadir el elemento deseado que emite luminiscencia, no se pueden predecir sus propiedades de luminosidad".

En el estudio se utilizaron muestras de hackmanita de Groenlandia, Canadá, Afganistán y Pakistán, y un equipo internacional de químicos, mineralogistas, geólogos, físicos, estadísticos y otros científicos participaron en la investigación de exactamente qué estaba sucediendo con el brillo de la hackmanita.

Parte del misterio era por qué algunas hackmanitas muestran un brillo y otras no, pero a través de una cuidadosa comparación de las diferentes muestras, el equipo pudo detectar la mezcla requerida de fotoluminiscencia naranja (que convierte los fotones absorbidos en luz), luminiscencia persistente azul (emitir luz sin calentar) y fotocromismo violeta (una forma de transformación química causada por radiación electromagnética).

Es una mezcla compleja de elementos naturales y reacciones químicas, pero el resultado debería ser mejores materiales sintéticos que puedan igualar este tipo de brillos. En términos de ciencia de materiales, es importante no sólo qué tan brillante es la luminiscencia sino también cuánto dura.

"Con estos resultados obtuvimos información valiosa sobre las condiciones que afectan el resplandor de las hackmanitas", dice Lastusaari.

"Aunque en este caso la naturaleza no ha podido crear un material con un brillo tan eficaz como los materiales sintéticos, la naturaleza ha contribuido significativamente al desarrollo de materiales luminosos cada vez más eficaces".

La investigación ha sido publicada en Chemistry of Materials.