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Jul 10, 2023

Questa strana roccia si illumina naturalmente al buio, e ora gli scienziati hanno scoperto come: ScienceAlert

Il bagliore residuo del minerale hackmanite (o sodalite tenebrescente) è un affascinante fenomeno naturale che è stato a lungo un mistero per gli scienziati, anche se ora siamo in grado di progettare materiali sintetici

Il bagliore residuo del minerale hackmanite (o sodalite tenebrescente) è un affascinante fenomeno naturale che è stato a lungo un mistero per gli scienziati, anche se ora siamo in grado di progettare materiali sintetici che brillano al buio in modo più efficace di qualsiasi altra cosa in natura.

I geologi descrissero per la prima volta il minerale nel 1800, incuriositi dalla sua tendenza a emettere una delicata tonalità rosa brillante quando rotto o posto al buio e a perderlo alla luce. Ricerche successive avrebbero ristretto il campo chimico dietro questa caratteristica, ma la natura precisa della reazione si è rivelata sfuggente.

Ora un nuovo studio delinea esattamente come alcuni tipi di hackmanite conservano parte del loro splendore mentre passano da ambienti luminosi a ambienti scuri. La chiave è la delicata interazione tra le impurità naturali del minerale, determinata dal modo in cui si è formato.

Comprendere meglio come l’hackmanite può emettere luminescenza bianca in condizioni di oscurità aiuterà ulteriormente gli scienziati a sviluppare i nostri materiali sintetici in grado di brillare al buio senza alcuna fonte di energia, come ad esempio su un segnale di uscita di emergenza.

"Abbiamo condotto molte ricerche con l'hackmanite sintetica e siamo stati in grado di sviluppare un materiale con un bagliore decisamente più lungo di quello dell'hackmanite naturale", afferma la chimica dei materiali Isabella Norrbo dell'Università di Turku in Finlandia.

"Tuttavia, le condizioni che influenzano la luminescenza non sono ancora chiare."

È stata studiata una combinazione di dati sperimentali e computazionali per determinare che le concentrazioni e l'equilibrio di zolfo, potassio, titanio e ferro erano più importanti quando si trattava del bagliore residuo emesso dall'hackmanite.

In particolare, si è scoperto che il titanio è l'elemento effettivamente incandescente, con il bagliore stesso alimentato dal trasferimento di elettroni.

Tuttavia, le concentrazioni di titanio da sole non sono sufficienti per creare luminescenza, è necessario anche il giusto mix di altri elementi.

I ricercatori affermano che i materiali sintetici possono essere migliorati e resi più efficienti e affidabili attraverso questo tipo di studi, anche se la natura non è in grado di eguagliare la forza dei bagliori che possono essere progettati in laboratorio.

"I materiali utilizzati al momento sono tutti sintetici e, ad esempio, il materiale con il familiare bagliore verde ottiene la sua luminosità da un elemento chiamato europio", afferma il chimico dei materiali Mika Lastusaari dell'Università di Turku.

"La difficoltà con questo tipo di materiali è che anche se è possibile aggiungervi l'elemento desiderato che emette luminescenza, le loro proprietà di bagliore residuo non possono essere previste."

Nello studio sono stati utilizzati campioni di hackmanite provenienti da Groenlandia, Canada, Afghanistan e Pakistan, con un team internazionale di chimici, mineralogisti, geologi, fisici, statistici e altri scienziati coinvolti nel capire esattamente cosa stava succedendo con il bagliore dell'hackmanite.

Parte del mistero era il motivo per cui alcuni hackmaniti mostrano un bagliore e altri no, ma attraverso un attento confronto tra i diversi campioni, il team è stato in grado di individuare il mix richiesto di fotoluminescenza arancione (che trasforma i fotoni assorbiti in luce), luminescenza blu persistente (emissione di luce senza riscaldamento) e fotocromismo viola (una forma di trasformazione chimica causata dalla radiazione elettromagnetica).

È un mix complesso di elementi naturali e reazioni chimiche, ma il risultato dovrebbero essere materiali sintetici migliori in grado di eguagliare questo tipo di bagliori. In termini di scienza dei materiali, è importante non solo quanto sia brillante la luminescenza ma anche quanto tempo dura.

"Con questi risultati, abbiamo ottenuto preziose informazioni sulle condizioni che influenzano il bagliore residuo delle hackmaniti", afferma Lastusaari.

"Anche se in questo caso la natura non è stata in grado di creare un materiale con una luminosità così efficace come quella dei materiali sintetici, la natura ha contribuito in modo significativo allo sviluppo di materiali luminosi sempre più efficaci."

La ricerca è stata pubblicata su Chimica dei Materiali.