Cristal estranho derrete e muda de cor quando exposto à luz

Uma equipe de químicos da Universidade de Osaka, no Japão, identificou uma propriedade rara em um cristal. Quando exposto ao brilho frio da luz ultravioleta (UV), o material orgânico sólido se transforma em líquido.

Além disso, esse cristal sofre uma interessante série de mudanças em sua luminescência à medida que derrete, o que aponta para mudanças na estrutura do cristal em nível molecular.

Embora incomum, não é a primeira substância encontrada a sofrer o que é conhecido como transição de cristal para líquido fotoinduzida (PCLT). Mas ser capaz de estudar a transição usando a luz pode ajudar os cientistas a entendê-la melhor, potencialmente abrindo toda uma gama de usos potenciais em fotônica, eletrônica e administração de medicamentos.

“Este é o primeiro cristal orgânico que conhecemos que exibe uma evolução luminescente durante a fusão do cristal, mostrando mudanças de intensidade e cor, do verde ao amarelo”, diz o químico Mao Komura.

O material é um tipo de composto orgânico conhecido como dicetona heteroaromática, que a equipe apelidou de ‘SO’ devido ao enxofre e ao oxigênio em seus dois anéis.

Quando exposto pela primeira vez à luz ultravioleta, o composto de cristal SO brilha em uma luz verde fraca. À medida que a exposição continua, no entanto, ela brilha em amarelo e derrete lentamente. Com base em observações minuciosas da nitidez da fronteira entre os estados, fica claro que o aquecimento não é responsável pela transição.

Usando cálculos teóricos e uma variedade de técnicas de estudo (incluindo análise de raios-X e análise de propriedades termodinâmicas), além de dados de pesquisas anteriores, a equipe determinou que a dicetona SO estava realmente mudando de uma forma molecular (skew) para outra (planar).

Mais informações foram obtidas de outros compostos de cristal semelhantes, que não derreteram ou derreteram, mas não mudaram de cor. Isso diz aos pesquisadores algo sobre as mudanças moleculares que ocorrem quando esses cristais mudam de sólidos para líquidos.

“Descobrimos que as mudanças na luminescência surgem de processos sequenciais de afrouxamento do cristal e mudanças conformacionais antes da fusão”, diz o químico Yosuke Tani, da Universidade de Osaka.

Trabalhando de trás para frente, isso mostra que há algo especial no arranjo molecular desses materiais, o que significa que eles derretem e mudam de fase quando expostos a certos tipos de luz.

E ser capaz de controlar materiais com luz pode ser muito útil: é relativamente acessível e simples de fazer, ecologicamente correto e não invasivo. Um exemplo de aplicação sugerido pelos pesquisadores é um adesivo reversível que pode ser modificado pela exposição à luz.

A chave para o progresso descrito neste estudo é a maneira como a dicetona SO mudou de cor, dando aos pesquisadores uma visão vital sobre o que estava acontecendo nas menores escalas dentro do composto cristalino.

“Essas indicações visuais das etapas do processo PCLT nos permitiram avançar no entendimento atual da fusão de cristais no nível molecular”, diz Tani.

A pesquisa foi publicada na revista Chemical Science.