El color azul de esta mariposa no se debe a ningún pigmento sino a la interacción de la luz visible con las microestructuras de las escamas de sus alas. Esas microestructuras que la vida lleva fabricando millones de años son lo que hoy conocemos como cristales fotónicos. Muchos otros seres vivos colorean sus cuerpos fabricando estructuras similares capaces de difractar la luz visible emitiendo colores verde-azulados e iridiscentes. Son los llamados colores estructurales.
¿Sabes cómo se forman esas microestructuras cristalinas? ¿Quieres averiguar cómo se fabrican y para que sirven los cristales fotónicos? ¿Conoces otros ejemplos de animales o plantas que usen este tipo de cristales?
Colores estructurales
El color de las alas de las mariposas, en concreto los colores verde azulados de onda corta y alta energía, así como las iridiscencias, no son colores debidos a pigmentos sino a la dispersión de la luz por la estructura periódica microscópica de la quitina.
El color de las plumas de muchas aves se debe al mismo efecto de las estructuras periódicas cristalinas de la queratina.
El llamado penacho de Moctezuma es una explosión de colores estructurales de las plumas de distintas aves más el color de absorción del oro y la plata. La excelente preservación de los colores de esas plumas durante casi 500 años se debe a que su color no depende de pigmentos que puedan disolverse u oxidarse, sino de la interacción de la luz con una sustancia dura como la quitina.
La difracción ocurre cuando una onda encuentra un obstáculo de tamaño parecido a su longitud de onda, o cuando pasa de un medio a otro diferente; cuando la onda se trata de la luz visible, los fenómenos asociados a la difracción generan colores, ya que los colores son las diferentes longitudes de onda de la luz. Cuando el obstáculo es periódico y regular, como en los cristales, se generan múltiples colores ya que la longitud de onda de cada uno se ve afectada de manera diferente por el espaciamiento y el tamaño de la estructura del obstáculo.
La microestructura de algunas partes en seres vivos (como las plumas de las aves o las alas de las mariposas) conforman una red de difracción natural formada por el espaciamiento regular de los materiales que las componen (la queratina y la melanina en las plumas, la quitina en las alas de la mariposa). Esto ocurre también en otros materiales como el ópalo, donde las moléculas de sílice están ordenadas regularmente en múltiples capas sumergidas en agua.
La iridiscencia se da cuando esto ocurre simultáneamente con más de un color.
En las plumas, es el juego entre la estructura de la queratina y la forma en que se distribuyen los melanosomas lo que configura la gama cromática, es decir la reflexión más la transmisión en las distintas capas junto con la interferencias.
Es el espesor de las diferentes capas el que selecciona el color primario, en las capas superficiales se producen principalmente los azules-verdes, mientras que cuando la reflexión se produce más profundamente (cuando las longitudes de onda más cortas ya se han absorbido) entonces se generan los colores en el extremo naranja-rojo del espectro.
Para saber más de estos colores estructurales
Gran parte de los colores de las alas de las mariposas y de las plumas de los pájaros no son debidos a los pigmentos sino a la dispersión de la luz por la estructura periódicas de la quinina. Son loscristales fotónicos que hoy en día se obtiene por técnicas sofisticadas para muy distintas aplicaciones en la industria.
Cristales fotónicos
Los colores del ópalo se deben también al mismo fenómeno. Son colores estructurales debido a la luz dispersada por la estructura de las nanoparticulas esféricas de sílice.
Los cosméticos
Desde tiempos de los egipcios se han utilizado minerales para la cosmética. El famoso negro de ojos “mesdemet” se conseguía con el sulfuro de plomo y el llamado “Kohl” con la galena al que se adicionaba cerusita, laurionita y fosgenita.
Hoy en día, la calidad de los cosméticos depende de la forma y el tamaño de los cristales que le sirven de base. Las formas isométricas son más difícil de que fluyan con el sudor entre los surcos de la piel, que se “corran” que las formas cristalinas alargadas en forma de prismas o de agujas. Controlar la morfología de la base de un cosmético es por tanto crítico. Pero también controlar su tamaño, porque el tamaño de los cristales nanométricos de los cosméticos es lo que controla el color.
Pigmentos Minerales
Un precioso ejemplo de los problemas de la estabilidad de los colores minerales es la evolución histórica de los colores del cuadro de Rafael, La Virgen y el niño con los santos.
Raphael, Madonna y el Niño con los santos. The Metropolitan Museum of Art
El azul azurita inicial del manto de la Virgen se ha oscurecido con el tiempo debido a su degradación en verde de malaquita y ahora este manto se ve verdoso. Los procesos de degradación: la intensidad del color azul es debido a la presencia de cobre y la forma en que está químicamente unido al hidroxilo (OH) y a grupos carbonato (CO3). Azurita tiene buena estabilidad en los medios de óleo y tempera. aunque está sujeto a procesos de degradación al verde o al negro. De hecho, la malaquita, otro mineral de cobre de origen natural, es sólo una forma más oxidada del mineral azurita. Por lo tanto, es el incremento de la oxidación lo que causa el cambio de color de azul a verde. La fórmula para este cambio incluye la adición de una molécula de agua a dos moléculas de azurita molécula que libera uno de dióxido de carbono y deja tres moléculas de malaquita. La oxidación es continua, y por tanto, la lenta transformación de azul a verde. La azurita sufre también la alteración a un pigmento negro, el óxido de cobre llamado tenorita.
La azurita es un carbonato básico de cobre que se encuentra en muchas partes del mundo en las partes superiores oxidadas de los depósitos de mineral de cobre. La azurita se asocia generalmente en la naturaleza con malaquita, el carbonato básico de cobre verde que es mucho más abundante. Se usó ocasionalmente por los egipcios pero no fue hasta la Edad Media cuando aumento su uso, cuando la fabricación del antiguo pigmento sintético «azul egipcio» cayó en el olvido. Se ha producido artificialmente desde el siglo XVII hasta que fue sustituido por el «azul de Prusia» que se descubrió en el siglo XVIII. La azurita fue el pigmento azul más importante de la pintura europea durante la Edad Media y el Renacimiento.
La malaquita es un carbonato básico de cobre. Es un pigmento relativamente estable de color variable. La malaquita es quizás el pigmento de color verde más antiguo que existe. Es sensible a los ácidos y al calor. Se ha encontrado en pinturas de las tumbas egipcias, y en pinturas europeas, habiendo sido de importancia especial sobre todo en los siglos XV y XVI.
¿Sabías que…?
- El color sirve a insectos para su camuflaje o como advertencia a los depredadores de su sabor desagradable, pero a los humanos nos llama la atención muchas veces por su belleza.
- Las comidas de color azul no son muy comunes y de hecho generalmente se asocian a frutos venenosos o a comidas en mal estado. Sin embargo la baya africana (Pollia condensata) no solo tiene un brillante color azul metálico sino que además consigue el mismo en ausencia completa de pigmentos azules.
- El color estructural se puede encontrar en las plumas del pavo real, en las burbujas de jabón, los charcos y otras muchas especies animales.
Para saber más…
- En la página wikipedia sobre la interacción de la luz puedes aprender como ésta interacciona con los objetos.
- Puedes aprender más sobre el campo de la nanotecnología y en qué consisten los cristales fotónicos.
- Pigmentos en el arte y caracterización de pigmentos por Raman.
- Base de datos mineralógicos.
- La biblioteca de espectroscopia de minerales ASTER.
