I ricercatori dell'Oregon State University hanno sviluppato dei nuovi pigmenti color rosso magenta a base cromo ispirandosi alla luna.
Un gruppo di ricercatori dell'Oregon State University
ha recentemente pubblicato un nuovo studio che illustra lo sviluppo di pigmenti durevoli color rosso magenta a base cromo ispirati alla mineralogia lunare e all'antica chimica egizia, utilizzabili nel processo produttivo di vernici per il risparmio energetico per veicoli ed edifici.
I nuovi pigmenti sono basati sul cromo divalente (Cr2+) e sono i primi a utilizzarlo come cromoforo, ossia la parte di una molecola che determina il colore riflettendo alcune lunghezze d'onda della luce e assorbendone altre. Lo studio si è ispirato al rame divalente che funge da cromoforo nel blu egiziano, che è il primo pigmento sintetico conosciuto e risale a più di 5.000 anni fa.
I ricercatori hanno sostituito il rame divalente del blu egiziano con il cromo divalente, ottenendo pigmenti durevoli color rosso magenta. Al fine di stabilizzare il cromo divalente sulla Terra, i ricercatori hanno mantenuto le temperature elevate in condizioni di alto vuoto durante la sintesi partita da cromo metallico, triossido di cromo e altre sostanze chimiche.
“La maggior parte dei pigmenti color magenta utilizzati oggi sono sostanze chimiche organiche e soffrono di problemi di stabilità quando esposti ai raggi ultravioletti e al calore del sole, perché questi possono scomporre le sostanze chimiche organiche. I pigmenti magenta inorganici sono rari e la maggior parte di essi richiede un numero significativo di sali di cobalto, pericolosi sia per l'uomo che per l'ambiente. Finora non è stato segnalato alcun minerale terrestre che contenga cromo allo stato divalente come uno dei propri componenti. Tuttavia, l'analisi di campioni di minerali lunari raccolti dalle missioni Apollo ha mostrato la presenza di cromo allo stato divalente,” ha dichiarato Mas Subramanian, il professore di scienze dei materiali dell'Oregon State University che ha condotto lo studio.
I pigmenti color magenta sviluppati dai ricercatori sono termicamente e chimicamente inerti grazie alla loro elevata temperatura di preparazione e rimangono inalterati dal punto di vista strutturale e ottico dopo l'esposizione ad acidi e alcali. Inoltre, a differenza dei pigmenti contenenti cobalto, i pigmenti magenta a base cromo sono altamente riflettenti nei confronti del calore solare, il che significa che hanno una proprietà di raffreddamento che porterebbe a un risparmio energetico per le automobili e le strutture verniciate con essi.
“La maggior parte dei pigmenti viene scoperta per caso. Il motivo è che l'origine del colore di un materiale dipende non solo dalla composizione chimica, ma anche dall'intricata disposizione degli atomi nella struttura cristallina. Quindi, qualcuno deve prima produrre il materiale in laboratorio e poi studiare a fondo la sua struttura cristallina per spiegare il colore. Nonostante i recenti progressi nelle teorie meccaniche quantistiche e nei metodi computazionali, la previsione di una struttura cristallina che produca un pigmento inorganico intenso del colore desiderato è ancora difficile da raggiungere", ha aggiunto Subramanian.
Si potrebbero scoprire nuove tonalità di colore
Il cromo divalente ha lo stesso numero di elettroni spaiati del manganese trivalente, il cromoforo responsabile del colore intenso del blu YInMn, scoperto dallo stesso team quindici anni fa. I ricercatori stavano sperimentando nuovi materiali che potessero essere utilizzati in applicazioni elettroniche e hanno mescolato l'ossido di manganese, di colore nero, con altre sostanze chimiche, riscaldandole poi in un forno. Uno dei loro campioni si è rivelato di un blu brillante, rinominato blu YInMn per via degli elementi che lo compongono: ittrio, indio e manganese. Si trattava della prima scoperta di un pigmento blu in due secoli e di un enorme progresso in termini di sicurezza e durata, oltre che di vivacità.
“Siamo stati fortunati la prima volta con il blu YInMn e ora stiamo elaborando alcuni principi fondamentali di progettazione strutturale chimica e cristallina per creare razionalmente nuovi pigmenti. La determinazione degli ingredienti strutturali chiave, necessari per ottenere colori vividi, dovrebbe accorciare i tempi di scoperta dei pigmenti. La scienza non segue sempre un percorso prestabilito, ma stiamo esplorando pigmenti con cromo divalente come cromoforo in diversi ambienti di coordinazione nelle strutture cristalline di vari composti inorganici", ha concluso Subramanian.