Vi siete mai chiesti da dove derivano tutti i colori che noi vediamo in natura? Guardatevi intorno: il verde domina nei prati e nelle foglie, il rosso e il giallo risplendono nei fiori e nei frutti, eppure il blu sembra un’eccezione. Questo colore, così profondo e magnetico, è sorprendentemente raro in natura. La domanda è perché?
Il blu nell’arte e nella storia: una sfida per la chimica.
La risposta, per quanto per nulla scontata, sta nella chimica della luce e dei materiali: creare il colore blu, sia in natura che in laboratorio, è una delle sfide più difficili per la scienza. Giusto per citare un paio di esempi più eclatanti, troviamo il blu oltremare, uno dei pigmenti blu più pregiati e storici, derivato dal lapislazzuli, una pietra semi-preziosa. La sua produzione, che risale a secoli fa, era un’impresa costosa e laboriosa, principalmente a causa della difficoltà di estrarre il pigmento dalla roccia. Il nome “blu oltremare” deriva dal fatto che il lapislazzuli veniva estratto principalmente in Oriente e dai porti del Vicino Oriente.
Questo pigmento era così costoso e raro che nel Medioevo veniva riservato solo per le opere più importanti, come le vesti della Vergine Maria nei dipinti rinascimentali.
Oppure il blu di Prussia. Questo pigmento è stato accidentalmente scoperto nel 1706 dal chimico tedesco Diesbach. Il blu di Prussia è stato il primo pigmento blu sintetico, ed è stato un enorme passo avanti nella chimica dei colori, ma non è stato facile da produrre. La sua creazione richiedeva una reazione chimica complessa tra cianuro di potassio, ferro e acido, una formula che ha richiesto molte ricerche e prove prima di diventare stabile.
Comunque dai pigmenti minerali usati nell’arte alla fisica che colora il cielo, il blu è il risultato di fenomeni straordinariamente complessi.
Ancora oggi, il blu è un colore difficile da sintetizzare. I pigmenti moderni devono essere non solo brillanti e stabili, ma anche sicuri e sostenibili. Nel 2009, un team dell’Oregon State University ha scoperto un nuovo pigmento chiamato YInMn Blue, un ossido di ittrio, indio e manganese. Questo colore è straordinariamente resistente e riflette bene il calore, rendendolo utile per vernici, plastica e applicazioni artistiche.
Perché il blu è così raro in natura? La scienza dei colori.
Per comprendere la rarità del blu, dobbiamo partire da come percepiamo i colori. La luce bianca del Sole è un mix di tutte le lunghezze d’onda dello spettro visibile, che vanno dal rosso (a bassa energia) al violetto (ad alta energia). Quando la luce colpisce un oggetto, alcuni colori vengono assorbiti e altri riflessi: ciò che vediamo dipende da quali lunghezze d’onda vengono rimandate ai nostri occhi.
Per esempio, il verde è comune perché la clorofilla, il pigmento delle piante, assorbe la luce rossa e blu e riflette quella verde. Allo stesso modo, i carotenoidi nei fiori e nei frutti assorbono il blu e il verde, lasciando il giallo e il rosso visibili.
Ma il blu? Per apparire blu, una sostanza deve assorbire tutte le lunghezze d’onda più lunghe (rosso, arancione e giallo) e riflettere solo le più corte (blu e violetto). Questo richiede una particolare configurazione elettronica delle molecole, che è chimicamente difficile da ottenere. Per questo motivo, i pigmenti blu sono rari in natura rispetto a quelli rossi, gialli e verdi.
Anche nelle piante il blu è un colore raro: meno del 10% delle specie floreali presentano fiori blu.
Per esempio, molte piante hanno i loro fiori blu perché utilizzano molecole chiamate antocianine, appartenenti alla famiglia dei flavonoidi. Le antocianine sono sensibili al pH dell’ambiente in cui si trovano. In un ambiente acido (basso pH), le antocianine tendono a produrre colori più blu, mentre in un ambiente alcalino (pH elevato), il colore tende a virare verso il rosso o il viola. Questo meccanismo è spesso visibile in specie come l’ortensia, dove la colorazione dei fiori cambia a seconda delle condizioni del terreno.
Cosa invece molto diversa per gli animali, infatti solo poche specie sono davvero blu e la maggior parte di loro non ha nemmeno questa tonalità per la pigmentazione. E allora tutti gli animali che vediamo in natura come fanno ad essere blu?
Quando il blu non è blu: il trucco della natura.
Molti animali e piante che ci sembrano blu non contengono affatto pigmenti di questo colore. Invece di usare la chimica dei pigmenti, sfruttano un fenomeno noto come colore strutturale.
Allora, cerchiamo di capire cosa sia questo colore strutturale. Cercherò di spiegarlo, spero, nel modo più semplice con alcuni esempi!
Il blu strutturale è un fenomeno ottico che rende alcuni oggetti apparentemente blu senza l’uso di pigmenti. Questo avviene attraverso l’interazione della luce con strutture microscopiche presenti sulla superficie di alcuni materiali o organismi. A differenza dei pigmenti, che assorbono selettivamente alcune lunghezze d’onda della luce e riflettono altre, il blu strutturale è prodotto da interferenze luminose, diffrazione e scattering.
Si tratta dunque di “effetti speciali” ingannatori, che producono questo colore con adattamenti strutturali. Infatti, interagendo con le nanostrutture ordinate, la luce incidente viene scomposta in onde riflesse, che interferiscono tra loro, manifestando la caratteristica colorazione iridescente. Infatti, gli animali blu non hanno una colorazione netta, ma di tonalità variabile a seconda del movimento.
E qui vi mostro una bellissima foto di un pavone, scattata in uno dei miei viaggi a Porto, durante una settimana di Erasmus STEAM.
Le piume del pavone contengono delle microscopiche strutture lamellari (strati sottili e ordinati di materiale) che riflettono la luce in modo molto particolare. Quando la luce colpisce queste strutture, viene riflessa e dispersa in modo tale che alcune lunghezze d’onda, principalmente quelle del blu e del verde, vengono amplificate, mentre altre vengono annullate. Questo processo avviene grazie alla diffrazione e all’interferenza costruttiva, fenomeni fisici che si verificano quando le onde luminose si sovrappongono.
Altri esempi di blu strutturale in natura sono ad esempio le ali della farfalla Morpho. Le sue squame contengono minuscole lamelle disposte a distanze precise, che riflettono selettivamente il blu.
Oppure la pelle della rana Dendrobates tinctorius, le cellule cutanee contengono nanostrutture che riflettono il blu con alta efficienza, cioè agiscono come una sorta di “griglia” microscopica. Quando la luce colpisce queste nanostrutture, viene riflessa, diffusa e interferita in modo tale da selezionare determinate lunghezze d’onda. In particolare, queste strutture riflettono in modo più efficace la luce blu.
Insomma potremmo sintetizzare dicendo che Il blu strutturale è un’illusione della fisica! Questa differenza tra pigmenti e colori strutturali è cruciale: mentre i pigmenti rimangono visibili anche sotto diverse angolazioni o se vengono polverizzati, i colori strutturali scompaiono quando si distruggono le strutture responsabili della loro formazione. Se macinassimo un’ala di farfalla Morpho, il risultato sarebbe una polvere marrone anziché blu!
Il fatto che il blu sia così raro in natura ha influenzato profondamente la nostra percezione di questo colore. Nelle culture antiche, il blu era spesso associato al divino e al mistero, proprio perché difficile da trovare e riprodurre.
Dalla fisica della luce alla chimica dei pigmenti, il blu è un esempio straordinario di come scienza e natura siano intrecciate in modi affascinanti. Quindi, la prossima volta che ammirerai il cielo, le ali di una farfalla o un dipinto antico, ricordati che dietro quel blu c’è un’intera storia di chimica, fisica e ingegno umano!
Dott. Francesco Domenico Nucera
FONTI:
- Ball, P. Bright Earth: The Invention of Colour, University of Chicago Press, 2003.
- Subramanian, M.A. et al. A New Blue Pigment Based on Manganese Oxides, Journal of the American Chemical Society, 2009.
- Lee, D. Nature’s Palette: The Science of Plant Color, University of Chicago Press, 2010.
- https://tecnologia.libero.it/colore-blu-raro-natura-48068
- https://rivistanatura.com/lelusivo-colore-blu/
- https://museochimica.web.uniroma1.it/it/scopri-i-pigmenti-blu-del-xx-e-xxi-secolo
Pillole di chimica 