Triboluminescència

Després de l’anterior entrada del bloc Pq amb la curiós efecte de Kopp-Etchells avui m’agradaria presentar el concepte general de la triboluminescència i presentar un experiment senzill i sorprenent per a visualitzar-la a casa (el qual acabo de fer i encara estic emocionat).

La triboluminescència és un fenomen òptic pel qual un material emet llum a l’aplicar-li energia mecànica, concretament fricció. Així, alguns minerals com per exemple el quars, presenten aquest procés luminiscent quan són fregats o colpejats. Cal dir que, com passa massa sovint, en aquest camp també hi ha un mal us dels conceptes ja que existeix el terme concret de la fractoluminiscència que correspon a l’emissió de llum al provocar fractures en un sòlid per aplicació d’estrès, i s’acostuma a usar incorrectament el terme de triboluminiscència també per aquest procés. Així doncs, per ser estrictes amb els termes científics d’aquest camp hauríem de considerar:

Mecanoluminiscència: Emissió de llum per acció mecànica sobre un sòlid, segons quina sigui tenim la:

  • Fractoluminiscència : Per aplicació d’estrès al material que li provoca fractures.
  • Triboluminescència : Per aplicació de fricció al material.
  • Piezoluminiscència : Per aplicació de pressió que causa deformació elàstica al material.
  • Sonoluminiscència : Per implosió de bombolles en un líquid quan és excitat per ones sonores.

Un cop fet aquest incís tornem a la triboluminescència. Aquí us presento el vídeo de l’experiment que he fet per mostrar-la. Es tracta de fregar un cristall de quars (SiO2) amb una l’atra pedra a les fosques. Observem que el cristall de quars comença a emetre llum groguenca blanquinosa!

L’explicació  del fenomen encara no està del tot clara però, en aquest cas de la fricció de certs minerals, rau en un procés d’excitació d’electrons i posteriorment d’emissió de radiació pel retorn d’aquests electrons dels seus estats excitats als estats fonamentals. He especificat que aquest és el procés que sembla que té lloc en minerals perquè hi ha una altra classe de triboluminescència que té lloc en picar en un morter terrons de sucre (així en aquest cas estrictament s’hauria d’anomenar fractoluminiscència) o bé la que té lloc en desenganxar la cinta adhesiva del seu rotlle. En aquest dos darrers casos l’efecte ja és una mica diferent (la longitud d’ona de la radiació emesa és diferent; aquí es veuen emissions blavoses o verdoses) i el procés també. A grans trets en aquests casos té lloc un trencament d’enllaços, els enllaços lliures resultants capten el nitrogen atmosfèric i l’ionitzen, el qual produeix aquesta emissió de llum verda o blava.

Els interessats en els processos luminiscents podeu veure també l’antiga entrada del bloc Pq dedicada a la bioluminiscència amb l’exemple de les cuques de llum i una gravació que vaig fer d’aquests animals emetent en plena nit:

Referències:

6 thoughts on “Triboluminescència

  1. Recordo que al llibre d’en Feynman “Surely you are joking Mr. Feynman”, en parlava. Pel que sembla a aquella època encara no hi havia tanta classificació ja que posa l’exemple del sucre, i ja el vaig provar i és molt sorprenent.

    Això del quars també té bona pinta, si mai me’n cau algun a les mans ja miraré de fer-hi alguna cosa.

  2. Bé, molt bé! Sempre ho havia volgut provar i ara mateix corro a fer-ho, tinc quars a dojo!

    L’experiment és interessant en l’àmbit de la paleoantropologia. En el teu vídeo la llum sembla generada en flaixos associats a les guspires que salten en colpejar les pedres entre elles. Tal i com ho fariem per intentar obtenir una guspira per encendre foc. S’ha de provar si mantenint una fricció continuada la llum resultant és estable.

    Aquesta triboluminiscència és l’origen de la creença màgica del poder (o energies) de les pedres. Així, el quars en moltes cultures (prehistòriques i modernes), és una roca sagrada i venerada. Està relacionat doncs amb les primeres idees de transcendència i l’origen de les religions.

    Corro a provar-ho!

  3. Ja ho he comprovat. En efecte, causa un efecte certament màgic. He agafat dos fragments força grans, de la mida de la ma, i els he fregat compulsivament! La llum que es genera és força estable i no associada a cops bruscos puntuals. A més, he obtingut polsim de quars bastant fi, amb una textura similar a la de la pols de talc. He pogut notar les pedres escalfant-se i també una olor que m’ha recordat al sofre i als seus derivats. De fet, l’olor m’ha transportat directament a unes fumaroles islandeses que vaig visitar al 1999. Em pots ajudar a explicar aquesta olor?

    • Rafel, pel que fa al teu primer comentari et volia dir que la llum que s’observa no només és la corresponent a les guspires que salten en colpejar 2 pedres qualsevol, sinó que la corresponent a la triboluminiscència en aquest cas s’observa emesa des de l’interior del cristall de quars (tot i que potser no s’aprecia bé al vídeo). Però això ja ho has pogut observar tu mateix, ara que has reproduït l’experiment, tal i com comentes al teu 2n comentari.

      Pel que fa a aquest segon comentari, jo també em vaig adonar, encuriosit, de l’olor que es desprenia al fregar el quars a l’escalfar-se i trencar-se.
      Primer de tot voldria fer un parèntesi per comentar el teu darrer comentari:
      -Té molt de sentit que davant d’un guèiser d’Islàndia sentissis una olor semblant a l’emesa al fregar els cristalls de quars, ja que aquests guèisers estan associats a zones volcàniques (el magma proper a zones d’aigua subterrània continguda en cavitats és el que porta a aquesta fins al seu punt d’ebullició i finalment sobre la superfície podem observar el guèiser). Per tant trobo molt lògic que aigua a tant altes temperatures (a aquelles altes pressions subterrànies el punt d’ebullició de l’aigua s’incrementa) corrent per les fissures i cavitats subterrànies dissolgui i arrossegui certa quantitat de material de les roques i l’arribi a expulsar a la superfície al formar-se el guèiser. Si considerem que l’aigua ha psaat per roques que contenen quars, ja està!-

      Tornant a la possible raó d’aquella olor que recorda al sofre, com bé dius, o al fòsfor i els seus compostos (com els caps dels mistos)… en primer moment he pensat que havia de ser degut a impureses presents en el quars, ja que fregant i escalfant el SiO2 no havia de presentar aquesta olor, així que m’he posat a investigar en aquest sentit i el més interessant que he trobat ha estat el següent article del 2005 publicat a la “Environmental Science & Technology” (http://www.glindemann.net/pubs/Glindemann%20et%20al%20-%20EST%202005%20-%20Phosphine%20from%20Rocks%20-%20Mechanically%20Driven%20Phosphate%20Reduction.pdf) on a primer cop d’ull m’ha donat la idea (ben lògica) que aquesta olor sigui deguda a compostos de fòsfor, més concretament a la fosfina, la qual té una característica olor que podria ser perfectament la que vàrem sentir. Ara bé, llegint l’article sencer això no està tant clar :
      Al primer paràgraf d’aquest article podem llegir que al polvoritzarà certes roques, entre les quals comenta les que contenen quars, s’alliberen traces de fosfina. També en el darrer paràgraf de la “Introducció” ens comenta la postulació de la formació de fosfina en aquests casos per reducció del fosfat via acció mecànica. Això m’ha semblat indicar que ja teníem el dubte resolt però he seguit llegint l’article i… problema en els resultats experimentals! (Bé, aquesta és la gràcia de la ciència, totes les suposicions teòriques al portar-les al laboratori acostumen a posar-se en dubte o a haver de ser substituïdes…). A l’avaluació dels gasos emesos per fricció de cristalls de quars de “Resultats i discussió” (pàgina 8298) podràs llegir que l’anàlisi d’aquests gasos, que en vares sentir l’olor, produïts durant la polvorització del quars no contenen prou concentració de fosfina lliure per a ser detectable per nosaltres per la seva olor. Aquí els autors de l’article proposen que l’olor que sentim és provocada per altres gasos com el NO, l’ozó i d’altres, però no la fosfina. (això no em lliga gaire, el NO té olor? Amés s’oxida ràpidament en contacte amb l’atmosfera oxidant a NO2…; i l’ozó té una olor semblant al clor…)

      Així doncs ens acaben plantejant una altra suposició! a la taula de la p.8296 hi trobo a faltar els resultats de l’anàlisi de les concentracions de NO i ozó en els gasos alliberats… a veure si posteriors estudis s’hi posen, potser ja ho han fet i no n’he trobat referències. Rafel, si trobes quelcom més sobre el tema digues-m’ho si us plau, això és molt interessant! Gràcies pel teu interès en el tema proposat al bloc. Seguim en intercanvi de ciència!

  4. Magnífica resposta! Jo m’havia quedat en la suposició que seria ozó, atesa la ionització de l’aire amb l’electricitat que genera la fricció, però em despistava l’olor! Per exemple, quan hi ha tempestes amb llamps (on s’allibera ozó), l’aire no fa aquesta olor de fòsfor. En canvi, a l’article que has trobat, associen l’olor a la descàrrega elèctrica.

    Per això t’ho consultava, a veure si podiem esbrinar quin gas s’alliberava.

    M’interessa especialment el tema del gas ja que el gas pot inhalar-se. M’apassiona la paleoantropologia i en aquest sentit m’interessa especialment l’origen de la consciència d’espècie.

    El quars és important en el xamanisme. Hi ha informes que mostren com els buscadors de visions xamanístiques del desert del Colorado “fragmentaven roques de quars blanc, en la creença que l’elevat poder espiritual contingut en elles, seria alliberat i entraria en el seu cos”. Whitley i altres, 1999 “Sally’s rock shelter and the archaeology of the vision quest”.

    Pots estar tranquil, de moment no intentaré inhalar el polsim de quars!😉

    Moltes gràcies de nou, i si esbrinem de quin gas es tracta i si es podia utilitzar en el xamanisme seria una novetat molt interessant!

    • Gràcies per la referència del llibre del Xamanisme. Un tema completament desconegut per a mi i que trobo molt interessant.

      En aquest cas el teu coneixement en meteorologia (ciència que m’apassiona, però que en sé molt poc) t’havia portat a pensar en la generació d’ozó… si totes les ciències estan relacionades!

      Alerta amb les pràctiques xamàniques! Jo em quedaria en el seu estudi teòric… encara que dir això sigui poc científic a vegades val més no arribar a l’experimentació en alguns temes d’estudi!🙂

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s