Triboluminescenza: generare luce applicando una forza

Esiste, mio caro Billy, un detto orientale che raccomanda agli uomini di non vivere la propria vita in maniera troppo frenetica, così da dare alla propria anima il tempo di adattarsi ai cambiamenti ed apprezzare a pieno tutto ciò che ci circonda.

Questa affermazione è vera anche nel mondo della fisica: ci sono sicuramente diversi fenomeni fisici nella vita quotidiana di cui ignori l’esistenza, per il semplice fatto che non ci si è soffermati con calma ad osservare.
Uno di questi è la triboluminescenza.

Ti faccio un elenco di tutte le occasioni in cui ti saresti potuto render conto dell’esistenza di questo fenomeno:

• masticando una caramella (preferibilmente al sapore di menta)
• pestando lo zucchero per preparare un fantastico Mojito
• scartando la confezione di un cerotto
• srotolando il nastro dello scotch

Tutte queste azioni sono accomunate da un fattore comune: applicando uno forzo meccanico ad ognuno di questi oggetti essi produrranno emissione di luce!

Non so se ti è chiara la meraviglia di quanto appena detto. È praticamente meglio di una magia, si riesce a trasformare una forza in fenomeni luminosi.

Non ti sarai probabilmente reso conto dei brevi lampi di luce prodotti perché sono molto deboli. Per poterli vedere bisognerebbe svolgere i diversi esperimenti in un ambiente completamente buio.

 

La triboluminescenza è per cui un fenomeno ottico in cui viene generata luce sottoponendo un determinato materiale, generalmente cristallino, ad uno sforzo.

Il fenomeno fu scoperto accidentalmente alla fine del XVIII secolo durante la raffinazione dello zucchero, quando vennero notate piccole scintille di luce visibile durante la frantumazione di grossi cristalli. Ancora prima di questa scoperta “ufficiale” il fenomeno era stato notato dallo studioso Inglese Francis Bacon, (Francesco Bacone, italianizzato), lo stesso che morì dopo aver contratto la polmonite mentre studiava gli effetti del congelamento per la conservazione delle carni.

Ah che dura la vita dello scienziato!

La luminescenza in generale si verifica quando un atomo assorbe energia in diversa forma: termica, meccanica o elettrica.

Gli elettroni dell’atomo, assorbendo quest’ energia, passano dal loro stato fondamentale ad uno stato eccitato e quando ritornano nello stato fondamentale emettono l’energia assorbita sotto forma di luce. Questa sarà percepita dall’occhio umano unicamente se ha una lunghezza d’onda compresa tra i 400 e i 700 nm, ovvero se la luce emessa è composta da onde appartenenti allo spettro del visibile.

L'effetto non è ancora stato spiegato completamente, ma secondo esperimenti di cristallografia e spettroscopia si ipotizza che durante l’applicazione di uno sforzo su particolari materiali, avvenga una separazione di carica, con conseguente formazione di potenziale  di tipo elettrico.

Quando la carica accumulata è sufficiente, gli elettroni passano attraverso una frattura o attraverso altri difetti di un cristallo  e collidono con le molecole di azoto presenti nell’aria eccitandone gli elettroni, quest’ultimi torneranno nel loro stato fondamentale emettendo un lampo di luce. La luce prodotta è di colore azzurro proprio a causa dell’emissione dell’azoto eccitato!

Questa che è la teoria più accreditata richiede, per cui, che i cristalli abbiano difetti di simmetria così da permettere la separazione della carica. Sì è inoltre notato dal punto di vista sperimentale che è un fenomeno che si verifica solo per molecole non centrosimmetriche.

La luce prodotta è tanto maggiore quanto più sono grandi i cristalli di zucchero, per questo è opportuno utilizzare invece dello zucchero semolato lo zucchero di canna che è costituito da cristalli di maggiori dimensioni.

La triboluminescenza si può osservare anche in diversi tipi di caramelle dure, ma non quelle dietetiche, che contenendo dolcificanti artificiali e non zucchero, non producono luminescenza. Per enfatizzare il fenomeno si può utilizzare una caramella alla menta. Infatti nell’olio essenziale di menta è contenuto una molecola aromatica a catena chiusa avente formula C₈H₈O₃ ovvero il metil-2-idrossibenzoato (salicilato di metile) che è una sostanza fluorescente.

La fluorescenza è la proprietà di alcune sostanze di riemettere le radiazioni elettromagnetiche ricevute, in particolare di assorbire radiazioni nell'ultravioletto ed emetterla nel visibile.

Diversa è la situazione per quanto riguarda tutte le situazioni in cui si ha a che fare con un adesivo. Nature ha pubblicato un articolo nel quale si documenta come lo srotolamento del nastro adesivo generi raggi X. Il fenomeno, però, si manifesta soltanto nel vuoto. Quindi, tranquillo non rischi di essere irraggiato, ogni volta che giocherelli con il nastro adesivo (a proposito ricordi quando abbiamo parlato sempre dello scotch?)

L'esatto meccanismo di generazione di questi impulsi di raggi X non è noto e costituisce per certi versi un mistero. secondo Nature Il principio è relativamente semplice: come quando strofinando della plastica su un panno di lana si ha separazione di carica, così gli strati adesivi dello scotch, che sono compenetrati l'uno con l’altro, separano gli elettroni che seguono preferibilmente uno dei due lati inizialmente a contatto, determinando quindi zone cariche.

Dubium sapientiae initium