Жидкий кислород уже используется в качестве окислителя в ракетах , и было высказано предположение, что красный кислород может быть еще лучшим окислителем из-за его более высокой плотности энергии .
Исследователи считают, что эта структура может сильно повлиять на структурное исследование элементов.
Эта статья о твердой фазе элементарного кислорода. Для твердых веществ, используемых в качестве источника кислорода или окислителя, см. Окислитель .
Твердый кислород образуется при нормальном атмосферном давлении при температуре ниже 54,36 К (-218,79 ° C, -361,82 ° F). Твердый кислород O 2 , как и жидкий кислород , представляет собой прозрачное вещество светло -голубого цвета, вызванное поглощением в красной части спектра видимого света.
Молекулы кислорода привлекли внимание из-за взаимосвязи между молекулярной намагниченностью и кристаллическими структурами , электронными структурами и сверхпроводимостью . Кислород — единственная простая двухатомная молекула (и одна из немногих молекул в целом), обладающая магнитным моментом . Это делает твердый кислород особенно интересным, поскольку он считается кристаллом со «управляемым спином», который демонстрирует антиферромагнитный магнитный порядок в низкотемпературных фазах. Магнитные свойства кислорода широко изучены. При очень высоких давлениях твердый кислород переходит из изолирующего в металлическое состояние; а 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 отдельных кристаллографических фаз .
Плотность твердого кислорода составляет от 21 см 3 / моль в α-фазе до 23,5 см 3 / моль в γ-фазе.
Октаокислород — это аллотроп кислорода, состоящий из восьми атомов кислорода .
Когда давление кислорода при комнатной температуре увеличивается на 10 гигапаскалей (1500000 фунтов на квадратный дюйм), он претерпевает драматический фазовый переход в другой аллотроп . Его объем значительно уменьшается, и он меняет цвет с небесно-голубого на темно-красный. Эта ε-фаза была открыта в 1979 году, но ее структура не ясна. На основе инфракрасной спектроскопии в 1999 году исследователи предположили, что эта фаза состоит из молекулы в кристаллической решетке. Однако в 2006 году с помощью рентгеновской кристаллографии было показано, что эта стабильная фаза, известная как ε-кислород или красный кислород , на самом деле является . Строение никто теоретически не предсказал: ромбовидная кластер, состоящий из четырех молекулы.
В этой фазе он показывает темно-красный цвет, очень сильное поглощение инфракрасного излучения и магнитный коллапс . 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 поведение по поглощению инфракрасного излучения было приписано ассоциации молекул кислорода в более крупные единицы. При 11 ГПа длина внутрикластерной связи размер кластера составляет 0,234 нм, а расстояние между кластерами составляет 0,266 нм, оба длиннее, чем длина связи 0,120 нм в молекуле кислорода .
Механизм образования Обнаруженный в работе кластер еще не ясен, и исследователи считают, что перенос заряда между молекулами кислорода или магнитный момент молекул кислорода играет важную роль в образовании.
Эта фаза образуется при температуре выше 600 К (327 ° C; 620 ° F) при давлении выше 17 ГПа.
Известно, что существует шесть различных фаз твердого кислорода:
Известно, что кислород затвердевает до состояния, называемого β-фазой, при комнатной температуре за счет приложения давления, и при дальнейшем увеличении давления β-фаза претерпевает фазовые переходы в δ-фазу при 9 ГПа и ε-фазу при давлении 9 ГПа. 10 ГПа; и из-за увеличения молекулярных взаимодействий цвет β-фазы меняется на розовый, оранжевый, затем красный (стабильная фаза октаокислорода), а красный цвет темнеет до черного при повышении давления. Было обнаружено, что металлическая ζ-фаза появляется при 96 ГПа при дальнейшем сжатии кислорода ε-фазы.
Когда давление кислорода при комнатной температуре увеличивается на 10 гигапаскалей (1500000 фунтов на квадратный дюйм), он претерпевает резкий фазовый переход . Его объем значительно уменьшается, и он меняет цвет от небесно-голубого до темно-красного. Однако это другой аллотроп кислорода , , а не просто другая кристаллическая фаза O 2 .
Ζ -фазы появляется при 96 ГПа при ε-фазы кислорода дополнительно сжимают. 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.
Фазы
В общей сложности шесть различных фаз твердого кислорода, как известно, существуют:
Было известно, что кислород укреплен в государство, названное β-phase при комнатной температуре, оказав давление, и с дальнейшим увеличивающимся давлением, β-phase подвергается переходам фазы к δ-phase в 9 Гпа и ε-phase в 10 Гпа; и, из-за увеличения молекулярных взаимодействий, цвет изменений β-phase розового, оранжевого цвета, тогда красного (стабильная octaoxygen фаза), и красный цвет далее, темнеют черному с увеличивающимся давлением. Было найдено, что металлический ζ-phase появляется в 96 Гпа, когда ε-phase кислород далее сжат.
Красный кислород
Поскольку давление кислорода при комнатной температуре увеличено через 10 Гпа, это подвергается драматическому переходу фазы к различному allotrope. Его объем уменьшается значительно, и это изменяет цвет от синего до темно-красного. Этот ε-phase был обнаружен в 1979, но структура была неясна. Основанный на его инфракрасном спектре поглощения, исследователи предположили в 1999, что эта фаза состоит из молекул в кристаллической решетке. Однако в 2006 было показано кристаллографией рентгена, что эта стабильная фаза, известная как ε кислород или красный кислород, фактически. Никто не предсказал структуру теоретически: ромбическая группа, состоящая из четырех молекул.
В этой фазе это показывает темно-красный цвет, очень сильное инфракрасное поглощение и магнитный крах. Это также стабильно по очень большой области давления и было предметом многочисленной дифракции рентгена, спектроскопических и теоретических исследований. У этого, как показывали, была моноклиническая симметрия C2/m, и ее инфракрасное поглотительное поведение было приписано ассоциации кислородных молекул в большие единицы.
Металлический кислород
ζ-phase появляется в 96 Гпа, когда ε-phase кислород далее сжат. Эта фаза была обнаружена в 1990, герметизируя кислород к 132 Гпа. ζ-phase с металлической группой, как было известно, показал сверхпроводимость при низкой температуре.
Твердый кислород
Твердый кислород формируется при нормальном атмосферном давлении при температуре ниже 54.36 K (−218.79 °C, −361.82 °F). Твердый кислород O, как жидкий кислород, является прозрачным веществом со светло-лазурным цветом, вызванным поглощением в красной части видимого светового спектра.
Кислородные молекулы привлекли внимание из-за отношений между молекулярным намагничиванием и кристаллическими структурами, электронными структурами и сверхпроводимостью. Кислород — единственная из простых двухатомных молекул (и одна из нескольких молекул в целом), чтобы нести магнитный момент. Это делает твердый кислород особенно интересным, поскольку это считают ‘управляемым вращением’ кристаллом, который показывает необычный магнитный заказ. В очень высоком давлении твердый кислород изменяется от изолирования до металлического государства; и при очень низких температурах, это даже преобразовывает к сверхпроводящему состоянию. Структурные расследования твердого кислорода начались в 1920-х и, в настоящее время, шесть отличных кристаллографических фаз установлены однозначно.
Плотность твердого кислорода колеблется от 21 см/молекулярной массы в α-phase к 23,5 см/молекулярным массам в γ-phase.