Un grupo de investigación de la Universidad de Turku en Finlandia descubrió que los minerales que cambian de color, como la hackmanita, la tugtupita y la escapolita, tienen algunos hidrocarburos en sus estructuras, lo que les permite cambiar su coloración natural de forma reversible debido a la exposición a la radiación.
Los hidrocarburos, sin embargo, pueden cambiar de color solo unas pocas veces antes de que su estructura molecular se rompa. Esto se debe a que el cambio de color implica un cambio drástico en la estructura, y sufrir este cambio repetidamente eventualmente rompe la molécula.
En un papel publicado en la revista Actas de la Academia Nacional de Cienciaslos investigadores explican que su hallazgo es importante porque la hackmanita se considera un material maravilloso natural que es barato y fácil de sintetizar y que tiene aplicaciones en el monitoreo personal de UV y en la obtención de imágenes de rayos X.
“En esta investigación, descubrimos por primera vez que en realidad también hay un cambio estructural involucrado en el proceso de cambio de color”, dijo Mika Lastusaari, coautora del estudio, en un comunicado de prensa. “Cuando cambia el color, los átomos de sodio en la estructura se alejan relativamente de sus lugares habituales y luego regresan. Esto se puede llamar 'respiración estructural' y no destruye la estructura incluso si se repite una gran cantidad de veces”.
Según Lastusaari, la durabilidad se debe a la fuerte estructura tridimensional similar a una jaula de estos minerales, que es similar a la que se encuentra en las zeolitas. En los detergentes, por ejemplo, la estructura en forma de jaula permite que la zeolita elimine el magnesio y el calcio del agua al unirlos firmemente dentro de los poros de la jaula.
“En estos minerales que cambian de color, todos los procesos asociados con el cambio de color ocurren dentro de los poros de la jaula zeolítica donde residen los átomos de sodio y cloro. Es decir, la estructura similar a una jaula permite el movimiento atómico dentro de la jaula mientras mantiene la jaula intacta”, dijo el coautor Sami Vuori.
“Es por eso que los minerales pueden cambiar de color y volver a su color original prácticamente indefinidamente”.
Vuori señaló que anteriormente se sabía que la escapolita cambia de color mucho más rápido que la hackmanita, mientras que los cambios de la tugtupita son mucho más lentos. Con base en los resultados de su trabajo, los científicos finlandeses entendieron que la velocidad del cambio de color se correlaciona con la distancia que se mueven los átomos de sodio.
En su opinión, estas observaciones son importantes para el desarrollo futuro de materiales porque ahora saben lo que se requiere de la estructura huésped para permitir el control y la adaptación de las propiedades de cambio de color.
“No había métodos de caracterización disponibles para la investigación de minerales que cambian de color, por lo que hemos desarrollado nuevos métodos por nuestra cuenta. Sin embargo, es difícil interpretar los resultados sin ambigüedades basándose únicamente en datos experimentales”, dijo Lastusaari. «De hecho, no podríamos haber llegado a las presentes conclusiones sin un fuerte apoyo de los cálculos teóricos, ya que solo la combinación de datos experimentales y computacionales muestra el cuadro completo».
Gracias a estos hallazgos, Lastusaari y su grupo están explorando actualmente numerosas aplicaciones para la hackmanita, como la posibilidad de reemplazar los LED y otras bombillas con el mineral natural y usarlo en imágenes de rayos X.
Una de las vías más interesantes que los investigadores están estudiando actualmente es un dosímetro basado en hackmanita y detectores pasivos para la Estación Espacial Internacional, destinados a medir la absorción de la dosis de radiación de los materiales durante los vuelos espaciales.
“La fuerza del color de la hackmanita depende de la cantidad de radiación ultravioleta a la que esté expuesta, lo que significa que el material se puede usar, por ejemplo, para determinar el índice ultravioleta de la radiación solar”, explicó Vuori. “La hackmanita que se probará en la estación espacial se usará de manera similar, pero esta propiedad también se puede usar en aplicaciones cotidianas. Por ejemplo, ya hemos desarrollado una aplicación de teléfono móvil para medir la radiación UV que cualquiera puede usar”.
