La Universidad Estatal de Oregón desarrolla pigmentos magenta inspirados en la mineralogía de la Luna

Un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Oregón, capitaneados por el profesor de química Mas Subramanian, ha logrado desarrollar pigmentos con magentas rojizos duraderos inspirados en la mineralogía lunar y la química del antiguo Egipto. El estudio, financiado por la National Science Foundation, ha sido publicado en la revista Chemistry of Materials.

Los nuevos pigmentos, que podrían utilizarse como revestimientos energéticamente eficientes para vehículos y edificios, se basan en cromo divalente, Cr2+, y son los primeros en ser utilizados como cromóforo. Los cromóforos son las partes de una molécula que determinan el color al reflejar algunas longitudes de onda de luz mientras absorben otras.

“Hasta la fecha, no se ha informado que ningún mineral terrestre contenga cromo en estado divalente como uno de los componentes”, ha explicado el profesor Subramanian, “sin embargo, el análisis de muestras de minerales lunares recolectadas de las misiones Apolo mostró la presencia de cromo en estado divalente”.

El cromo divalente tiene la misma cantidad de electrones desapareados que el manganeso trivalente, el cromóforo responsable del intenso color del azul YInMn, pigmento que el equipo de Subramanian descubrió hace 15 años. The Shepherd Color Company obtuvo la licencia del azul YInMn para su uso en una amplia gama de revestimientos y plásticos.

Cuando se descubrió el azul YInMn, los investigadores habían estado experimentando con nuevos materiales que podrían usarse en aplicaciones electrónicas y mezclaron óxido de manganeso, que es de color negro, con otros químicos, y luego los calentaron en un horno a casi 2.400 grados Fahrenheit. Una de sus muestras resultó ser de un azul brillante, llamado azul YInMn por los elementos que lo componen: itrio, indio y manganeso. Fue el primer descubrimiento de un pigmento azul en dos siglos y un gran avance en seguridad, durabilidad y viveza.

En el nuevo estudio, Subramanian, el investigador asociado Jun Li y la estudiante graduada Anjali Verma se inspiraron en el cobre divalente que sirve como cromóforo en el azul egipcio, que es el primer pigmento sintético conocido en el mundo y data de hace más de 5.000 años.

Los investigadores reemplazaron el cobre divalente en el azul egipcio con cromo divalente, lo que dio lugar a pigmentos magenta rojizos duraderos. Para estabilizar el cromo divalente en la Tierra, los investigadores mantuvieron altas temperaturas, casi 2.500 grados Fahrenheit, en alto vacío durante la síntesis que partió de cromo metálico, trióxido de cromo y otras sustancias químicas.

"La mayoría de los pigmentos de color magenta que se utilizan hoy en día son productos químicos orgánicos y sufren problemas de estabilidad cuando se exponen a los rayos ultravioleta y al calor del sol porque pueden romper los enlaces químicos orgánicos", dijo Subramanian. "Los pigmentos magenta inorgánicos son raros y la mayoría requiere una cantidad significativa de sales de cobalto que son peligrosas tanto para los humanos como para el medio ambiente".

Los pigmentos magenta desarrollados por investigadores de OSU son térmica y químicamente inertes debido a su alta temperatura de preparación y permanecen inalterados estructural y ópticamente tras la exposición a ácidos y álcalis, señalan los autores.

Además, a diferencia de los pigmentos que contienen cobalto, los pigmentos magenta a base de cromo reflejan en gran medida el calor del sol, lo que significa que tienen una propiedad refrescante que generaría ahorros de energía para los automóviles y las estructuras recubiertas con ellos.

"La mayoría de los pigmentos se descubren por casualidad", explicó Subramanian. “La razón es que el origen del color de un material depende no sólo de la composición química sino también de la intrincada disposición de los átomos en la estructura cristalina. Entonces alguien tiene que fabricar el material primero en un laboratorio y luego estudiar a fondo su estructura cristalina para explicar el color”. "A pesar de los recientes avances en las teorías de la mecánica cuántica y los métodos computacionales, todavía es difícil predecir una estructura cristalina que producirá un pigmento inorgánico intenso del color deseado", añadió. 

"Tuvimos suerte la primera vez con el azul YInMn, y ahora estamos ideando algunos principios fundamentales de diseño estructural químico y cristalino para crear racionalmente nuevos pigmentos. La determinación de los ingredientes estructurales clave necesarios para crear colores vivos debería permitir tiempos más cortos entre los descubrimientos de pigmentos. La ciencia no siempre sigue un camino prescrito, pero estamos explorando pigmentos con cromo divalente como cromóforo en diversos entornos de coordinación en estructuras cristalinas de diversos compuestos inorgánicos”, aseveró Subramanian.