Pesquisadores avançam na química dos pigmentos com magentas avermelhadas inspiradas na lua
Novo pigmento magenta e sua estrutura cristalina. Crédito:Imagem fornecida por Mas Subramanian, Oregon State University Um pesquisador da Oregon State University que fez história das cores em 2009 com um pigmento azul vívido desenvolveu magentas avermelhadas duráveis inspiradas na mineralogia lunar e na química egípcia antiga.
Mas Subramanian, ilustre professor de química, e colaboradores da OSU relatam as descobertas do estudo na revista Chemistry of Materials .
Os novos pigmentos, que poderiam ser usados como revestimentos energeticamente eficientes para veículos e edifícios, são baseados em cromo divalente, Cr
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, e são os primeiros a usá-lo como cromóforo; cromóforos são as partes de uma molécula que determinam a cor refletindo alguns comprimentos de onda da luz enquanto absorvem outros.
"Até o momento, não foi relatado que nenhum mineral da Terra contenha cromo no estado divalente como um dos componentes", disse Subramanian, professor Milton Harris de Ciência de Materiais na Faculdade de Ciências da OSU. “No entanto, a análise de amostras minerais lunares coletadas nas missões Apollo mostrou a ocorrência de cromo no estado divalente.”
O cromo divalente tem o mesmo número de elétrons desemparelhados que o manganês trivalente, cromóforo responsável pela cor intensa do azul YInMn, que a equipe de Subramanian descobriu há 15 anos. A Shepherd Color Company licenciou o azul YInMn para uso em uma ampla variedade de revestimentos e plásticos, e também inspirou uma nova cor de giz de cera Crayola:Bluetiful.
Quando o azul YInMn foi descoberto, os pesquisadores estavam experimentando novos materiais que poderiam ser usados em aplicações eletrônicas e misturavam óxido de manganês – que é de cor preta – com outros produtos químicos e depois os aqueciam em um forno a quase 2.400 graus Fahrenheit.
Uma de suas amostras revelou-se um azul brilhante, denominado azul YInMn em homenagem aos elementos componentes ítrio, índio e manganês. Foi a primeira descoberta de pigmento azul em dois séculos e um enorme avanço em segurança e durabilidade, bem como em vivacidade.
No novo estudo, Subramanian, o pesquisador associado Jun Li e a estudante de pós-graduação Anjali Verma foram inspirados no cobre divalente que serve como cromóforo no azul egípcio, que é o primeiro pigmento sintético conhecido no mundo e data de mais de 5.000 anos atrás.
Os pesquisadores substituíram o cobre divalente no azul egípcio por cromo divalente, resultando em pigmentos magenta avermelhados duráveis. Para estabilizar o cromo divalente na Terra, os pesquisadores mantiveram altas temperaturas, quase 2.500 graus Fahrenheit, sob alto vácuo durante a síntese que começou a partir do cromo metálico, trióxido de cromo e outros produtos químicos.
“A maioria dos pigmentos de cor magenta usados hoje são produtos químicos orgânicos e sofrem de problemas de estabilidade quando expostos aos raios ultravioleta e ao calor do sol porque podem quebrar as ligações químicas orgânicas”, disse Subramanian. "Os pigmentos magenta inorgânicos são raros e a maioria requer uma quantidade significativa de sais de cobalto que são perigosos para os seres humanos e para o meio ambiente."
Os pigmentos magenta desenvolvidos pelos pesquisadores da OSU são termicamente e quimicamente inertes devido à sua alta temperatura de preparação e permanecem inalterados estrutural e opticamente após exposição a ácidos e álcalis, observam os autores.
Além disso, ao contrário dos pigmentos que contêm cobalto, os pigmentos magenta à base de cromo são altamente refletivos do calor do sol – o que significa que têm uma propriedade de resfriamento que levaria à economia de energia para carros e estruturas revestidas com eles.
“A maioria dos pigmentos são descobertos por acaso”, disse Subramanian. “A razão é porque a origem da cor de um material depende não apenas da composição química, mas também do intrincado arranjo dos átomos na estrutura cristalina. Portanto, alguém tem que primeiro fazer o material em laboratório e depois estudar sua estrutura cristalina. minuciosamente para explicar a cor."
Apesar dos recentes avanços nas teorias da mecânica quântica e nos métodos computacionais, prever uma estrutura cristalina que produzirá um pigmento inorgânico intenso de uma cor desejada ainda é ilusório, acrescentou.
"Tivemos sorte na primeira vez com o azul YInMn e agora estamos desenvolvendo alguns princípios fundamentais de design estrutural químico e cristalino para criar racionalmente novos pigmentos", disse ele.
"Determinar os principais ingredientes estruturais necessários para produzir cores vivas deve permitir tempos mais curtos entre as descobertas de pigmentos. A ciência nem sempre segue um caminho prescrito, mas estamos explorando pigmentos com cromo divalente como cromóforo em diversos ambientes de coordenação em estruturas cristalinas de vários compostos inorgânicos."
