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Jul 10, 2023

Esta rocha estranha brilha naturalmente no escuro, e agora os cientistas descobriram como: ScienceAlert

O brilho residual do mineral hackmanita (ou sodalita tenebrescent) é um fenômeno natural fascinante que há muito tempo é um mistério para os cientistas – mesmo que agora sejamos capazes de projetar materiais sintéticos

O brilho residual do mineral hackmanita (ou sodalita tenebrescent) é um fenômeno natural fascinante que há muito tempo é um mistério para os cientistas – mesmo que agora sejamos capazes de projetar materiais sintéticos que brilham no escuro de forma mais eficaz do que qualquer coisa na natureza.

Os geólogos descreveram o mineral pela primeira vez em 1800, que ficaram intrigados com sua tendência de brilhar suavemente em um tom rosa brilhante quando quebrado ou colocado no escuro e perdê-lo na luz. Pesquisas posteriores restringiriam a química por trás dessa característica, mas a natureza precisa da reação revelou-se indefinida.

Agora, um novo estudo descreve exatamente como certos tipos de hackmanite retêm parte de seu brilho à medida que passam de ambientes claros para escuros. A chave é a delicada interação entre as impurezas naturais do mineral, determinada pela forma como ele foi formado.

Compreender melhor como a hackmanite pode emitir luminescência branca em condições de escuridão ajudará ainda mais os cientistas a desenvolver os nossos próprios materiais sintéticos capazes de brilhar no escuro sem qualquer fonte de energia, como num sinal de saída de emergência, por exemplo.

“Realizamos muitas pesquisas com hackmanitas sintéticas e conseguimos desenvolver um material com um brilho residual distintamente mais longo do que o da hackmanita natural”, diz a química de materiais Isabella Norrbo, da Universidade de Turku, na Finlândia.

"No entanto, as condições que afetam a luminescência não são claras até agora."

Uma combinação de dados experimentais e computacionais foi estudada para determinar que as concentrações e o equilíbrio de enxofre, potássio, titânio e ferro eram mais importantes quando se tratava do brilho emitido pela hackmanita.

Em particular, descobriu-se que o titânio é o elemento que realmente brilha, com o próprio brilho alimentado pela transferência de elétrons.

No entanto, as concentrações de titânio por si só não são suficientes para criar luminescência, sendo também necessária a mistura certa de outros elementos.

Os investigadores dizem que os materiais sintéticos podem ser melhorados e tornados mais eficientes e fiáveis ​​através deste tipo de estudos – mesmo que a natureza não seja capaz de igualar a intensidade dos brilhos que podem ser produzidos em laboratório.

“Os materiais utilizados no momento são todos sintéticos e, por exemplo, o material com o familiar brilho verde obtém seu brilho de um elemento chamado európio”, diz o químico de materiais Mika Lastusaari, da Universidade de Turku.

“A dificuldade com esse tipo de material é que, embora o elemento desejado que emite luminescência possa ser adicionado a eles, suas propriedades de brilho residual não podem ser previstas”.

Amostras de hackmanita da Groenlândia, Canadá, Afeganistão e Paquistão foram usadas no estudo, com uma equipe internacional de químicos, mineralogistas, geólogos, físicos, estatísticos e outros cientistas envolvidos em descobrir exatamente o que estava acontecendo com o brilho da hackmanita.

Parte do mistério era por que alguns hackmanites mostram brilho e outros não, mas através de uma comparação cuidadosa das diferentes amostras, a equipe foi capaz de detectar a mistura necessária de fotoluminescência laranja (transformando fótons absorvidos em luz), luminescência azul persistente (emitindo luz sem aquecimento) e fotocromismo roxo (uma forma de transformação química causada pela radiação eletromagnética).

É uma mistura complexa de elementos naturais e reações químicas, mas o resultado deve ser melhores materiais sintéticos que possam combinar com esse tipo de brilho. Em termos de ciência dos materiais, é importante não apenas quão brilhante é a luminescência, mas também quanto tempo ela dura.

“Com estes resultados, obtivemos informações valiosas sobre as condições que afetam o brilho residual dos hackmanites”, diz Lastusaari.

"Mesmo que a natureza não tenha sido capaz, neste caso, de formar um material com um brilho tão eficaz como nos materiais sintéticos, a natureza ajudou significativamente no desenvolvimento de materiais brilhantes cada vez mais eficazes."

A pesquisa foi publicada na Química de Materiais.