Твердый кислород

Твердый кислород образуется при нормальном атмосферном давлении при температуре ниже 54,36 К (-218,79 ° C, -361,82 ° F). Твердый кислород O2, как и жидкий кислород, представляет собой прозрачное вещество светлого небесно-голубого цвета, вызванного поглощением в красной части спектра видимого света.

Молекулы кислорода привлекли внимание из-за взаимосвязи между и кристаллическими структурами, электронными структурами и сверхпроводимостью. Кислород - единственная простая двухатомная молекула (и одна из немногих молекул в целом), несущая магнитный момент. Это делает твердый кислород особенно интересным. в состоянии покоя, поскольку он считается «управляемым спином» кристаллом, который отображает антиферромагнитный магнитный порядок в низкотемпературных фазах. Магнитные свойства кислорода широко изучены. При очень высоких давлениях твердый кислород переходит из состояния изолирующего в состояние металлического ; и при очень низких температурах он даже переходит в сверхпроводящее состояние . Структурные исследования твердого кислорода начались в 1920-х годах, и в настоящее время однозначно установлено шесть различных.

Плотность твердого кислорода составляет от 21 см / моль в α-фазе до 23,5 см / моль в γ-фазе.

Содержание

• 1 Фазы
  • 1.1 Красный кислород
  • 1.2 Металлический кислород
• 2 Ссылки

Фазы

Известно, что существует шесть различных фаз твердого кислорода :

1. α-фаза: светло-голубой - образуется при 1 атм, ниже 23,8 К, моноклинная кристаллическая структура.
2. β-фаза: от слабого синего до розового - образуется при 1 атм, ниже 43,8 К, ромбоэдрическая кристаллическая структура (при комнатной температуре и высоком давлении начинается превращение в тетракислород).
3. γ-фаза: бледно-голубая - образуется при 1 атм, ниже 54,36 К, кубическая кристаллическая структура.
4. δ-фаза: оранжевый - образуется при комнатной температуре при давлении 9 ГПа
5. ε-фаза: от темно-красного до черного - образуется при комнатной температуре при давлении более 10 ГПа
6. ζ-фаза: металлическая - образуется при давлениях выше 96 ГПа

Было известно, что кислород затвердевает в состоянии, называемом β-фазой, при комнатной температуре. растирание путем приложения давления и при дальнейшем увеличении давления β-фаза претерпевает фазовые переходы в δ-фазу при 9 ГПа и ε-фазу при 10 ГПа; и из-за увеличения молекулярных взаимодействий цвет β-фазы меняется на розовый, оранжевый, затем красный (стабильная фаза октаокислорода), и красный цвет далее темнеет до черного с повышением давления. Было обнаружено, что металлическая ζ-фаза появляется при 96 ГПа при дальнейшем сжатии кислорода ε-фазы.

Красный кислород

Когда давление кислорода при комнатной температуре увеличивается на 10 ГПа ( 1,450,377 фунт / кв. Дюйм), он претерпевает резкий фазовый переход в другой аллотроп. Его объем значительно уменьшается, и он меняет цвет от небесно-голубого до темно-красного. Эта ε-фаза была открыта в 1979 году, но ее структура не ясна. Основываясь на его инфракрасном спектре поглощения, исследователи в 1999 году предположили, что эта фаза состоит из молекул O. 4в кристаллической решетке. Однако в 2006 г. методом рентгеновской кристаллографии было показано, что эта стабильная фаза, известная как ε кислород или красный кислород, находится в факт O. 8. Никто не предсказал структуру теоретически: ромбовидный кластер O. 8, состоящий из четырех молекул O. 2.

Шаровидная модель O 8	Часть кристаллической структуры ε-кислорода

В этой фазе он имеет темно-красный цвет, очень сильный поглощение инфракрасного излучения, и a. Он также стабилен в очень большой области давления и был предметом многочисленных исследований дифракции рентгеновских лучей, спектроскопии и теории. Было показано, что он имеет моноклинную симметрию C2 / m, и его свойства поглощения инфракрасного излучения приписывались ассоциации молекул кислорода в более крупные единицы.

• Жидкий кислород уже используется в качестве окислителя в ракетах, и было высказано предположение, что красный кислород мог бы стать еще лучшим окислителем из-за его более высокого содержания плотность энергии.
• Исследователи считают, что эта структура может сильно повлиять на структурные исследования элементов.
• Это фаза, которая образуется выше 600 К при давлениях выше 17 ГПа.
• При 11 ГПа, длина внутрикластерной связи кластера O. 8составляет 0,234 нм, а расстояние между кластерами составляет 0,266 нм. (Для сравнения, длина внутримолекулярной связи молекулы кислорода O. 2составляет 0,120 нм.)
• Механизм образования кластера O. 8, обнаруженный в работе, пока не ясен, а Исследователи считают, что перенос заряда между молекулами кислорода или магнитный момент молекул кислорода играет важную роль в образовании.

Металлический кислород

A ζ -фаза появляется при 96 ГПа, когда кислород в ε-фазе подвергается дальнейшему сжатию. Эта фаза была открыта в 1990 году путем повышения давления кислорода до 132 ГПа. Ζ-фаза с металлическим кластером проявляет сверхпроводимость при давлениях более 100 ГПа и температуре ниже 0,6 К.

Ссылки