Szilárd oxigén

A oxigén szilárd utal oxigén O 2fagypontja alá, azaz  54,36 K ( -218,79 ° C ) alá hűlt  légköri nyomáson . A folyékony oxigénhez hasonlóan a vörös fény abszorpciója miatt is tiszta megjelenésű, enyhe kékes árnyalattal (nem a Rayleigh-féle szórás adja a légkör kék színét). A molekulák a dioxigén O 2különösen azért vizsgálják, mert a ritka, mágneses momentummal felruházott molekulák közé tartoznak, és hogy ennek a legegyszerűbb ábrázolása, kova . Ennek eredményeként a szilárd oxigén kristályszerkezetét az oxigénmolekulák spinje mágneses pillanatukon keresztül határozná meg.
Nagyon nagy nyomáson, nagyobb, mint 96  G Pa, azaz körülbelül egy millió rúd , szilárd oxigén megszűnik a szigetelő lesz fémes és még válik szupravezető nagyon alacsony hőmérsékleten.

Fázisátmenetek

A szilárd oxigén szerkezetét az 1920-as évek óta tanulmányozták, és most hat kristályos fázist írnak le biztonsággal:

  1. világoskék α fázis légköri nyomáson és –249,35  ° C alatt , monoklin kristályokkal  ;
  2. halványkék β fázis , légköri nyomáson és –229,35  ° C alatt , romboéderes kristályokkal (megkezdi az átalakulást tetraoxigén O 4-belégköri nyomáson és megemelt hőmérsékleten);
  3. rózsaszínű γ-fázis légköri nyomáson és –218,79  ° C alatt , köbös kristályokkal  ;
  4. narancssárga 8 fázis szobahőmérsékleten körülbelül 9  GPa nyomáson  ;
  5. piros a fekete ε fázis , környezeti hőmérsékleten és nyomáson nagyobb, mint 10  GPa  ;
  6. ζ fémes fázis 96  GPa- nál nagyobb nyomáson .

Az oxigén úgy indul, hogy atmoszférikus nyomáson megszilárdul egy úgynevezett "β" fázis alatt, romboéderes kristályokkal , majd a nyomás növelésével átmeneten megy át a narancssárga δ fázisba 9  GPa-nál, és a piros ε fázisba 10  GPa-nál  ; a vörös szín a nyomás növekedésével sötétebbé válik, amíg fekete nem lesz. Az ε fázis tömörítésének folytatásával átmenet megy végbe a 96  GPa felé a fémes ζ fázis felé.

A vörös oxigén szerkezete

A 10  GPa fázisátmenetet a térfogat jelentős csökkenése és a színváltozás kíséri kékes narancssárgától Mélyvörösig. Ezt az ε fázist 1979-ben fedezték fel, de szerkezete homályos maradt. Annak az infravörös abszorpciós spektrumot , azt feltételeztük, 1999-ben, hogy ez lehet molekulák tetraoxygen O 4kristályrácsba rendezve. Röntgen-diffraktometriával azonban 2006 - ban kiderült, hogy ez az ε fázis valójában oktaoxigén O 8 molekulákból áll. Ezt a struktúrát nem jósolták meg, mivel O 8 csoportnégy oxigénmolekula romboédere O 2 :

Octaoxygen-from-xtal-3D-balls.png Epsilon-oxigén-xtal-3D-balls.png
O 8 molekula modellje
mint komplex (O 2 ) 4.
Az ε fázis kristályelrendezése (vörös oxigén).

O 8 komplexek méreteia 11  GPa-nál :

A vörös oxigén meglehetősen szokatlan fázis, mivel nagyon kifejezett vörös színű, nagyon erős infravörös abszorpcióval rendelkezik , és mágneses tulajdonságai drámai módon megváltoznak. Tanulmányok a röntgendiffrakciós és spektrometria kiderült, egy szimmetria monoklin C2 / m, míg az erős infravörös abszorpciós bízták a molekulák az oxigén O 2 nagy komplexumokban.

Fémes oxigén

A fémes oxigén ζ fázisa 96  GPa felett jelenik meg a vörös oxigén ε fázisának összenyomásával. 1990-ben fedezték fel 132  GPa nyomáson . Fémes fényű , alacsony hőmérsékleten szupravezetővé válik .

Megjegyzések és hivatkozások

  1. (in) Freiman, YA és Jodl, HJ, "  szilárd oxigén  " , Phys. Ismétlés. , vol.  401,2004, P.  1–228 ( DOI  10.1016 / j.physrep.2004.06.002 )
  2. (in) Goncharenko, IN, Makarova, OL & Ulivi, L., "  Az oxigén delta-szakaszának mágneses szerkezetének közvetlen meghatározása  " , Phys. Fordulat. Lett. , vol.  93,2004, P.  055502 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.93.055502 )
  3. (in) Desgreniers, S. Vohra, YK & Ruoff, AL, "  Nagyon nagy sűrűségű szilárd oxigén optikai válasza 132  GPa-ra  " , J. Phys. Chem. , vol.  94,1990, P.  1117–1122 ( DOI  10.1021 / j100366a020 )
  4. (in) Shimizu, K., Suhara, K., Ikumo, M., Eremets, MI & Amaya, K., "  Szupravezetés oxigénben  " , Nature , vol.  393,1998, P.  767–769 ( DOI  10.1038 / 31656 )
  5. (en) "  Szilárd oxigén ε-fázisú kristályszerkezet meghatározása a vörös oxigén O8-fürt felfedezésével együtt  " (hozzáférés : 2008. január 10. )
  6. (en) Yuichi Akahama , „  Az oxigén új, nagynyomású szerkezeti átalakulása 96  GPa-n , a molekuláris szilárd anyag metallizációjával összefüggésben  ” , Physical Review Letters , vol.  74, n o  23,1995. június, P.  4690–4694 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.74.4690 , online olvasás )
  7. (en) Malcolm Nicol , "  Oxygen fázisegyensúlyi közelében 298 K  " , Chemical Physics Letters , vol.  68, n o  1,1979. december, P.  49–52 ( DOI  10.1016 / 0009-2614 (79) 80066–4 )
  8. (in) Federico A. Corelli , "  A szilárd oxigén ε fázisa: Az O 4-es év molekularácsának bizonyítékai  " , Physical Review Letters , vol.  83, n o  20,1999. november, P.  4093–4096 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.83.4093 , online olvasás )
  9. (a) Hiroshi Fujihisa, Yuichi Akahama, Haruki Kawamura Yasuo Ohishi, Osamu Shimomura Hiroshi Yamawaki, Mami Sakashita, Yoshito Gotoh, Satoshi Takeya Kazumasa és Honda, "  O8 Cluster szerkezete a Epsilon fázis a szilárd oxigén  " , Phys. Fordulat. Lett. , vol.  97,2006, P.  085503 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.97.085503 , online olvasás , hozzáférés : 2008. január 10. )
  10. (in) Lars F. Lundegaard Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon és Paul Serge Desgreniers Loubeyre, "  Az O8-as év molekuláris rácsának megfigyelése a szilárd oxigén szakaszában  " , Nature , vol.  443,2006, P.  201–204 ( DOI  10.1038 / nature05174 , online olvasás , hozzáférés : 2008. január 10. )
  11. (in) Steudel, Ralf, "  sötétvörös O8 Molekulák Solid Oxigén: rombusz alakú klaszterek, Nem S8-Like Rings  " , Angewandte Chemie International Edition , 2007-01-23, Vol.  46, n o  11,2007, P.  1768–1771 ( DOI  10.1002 / anie.200604410 , online olvasás , hozzáférés : 2008. január 10. )
  12. (a) Peter P. Edwards, Friedrich Hensel, "  Fémes Oxigén  " , ChemPhysChem , Weinheim, Németország, Wiley-VCH Verlag, vol.  3, n o  1,2002, P.  53–56 ( DOI  10.1002 / 1439-7641 (20020118) 3: 1 <53 :: AID-CPHC53> 3.0.CO; 2–2 , online olvasás , hozzáférés : 2008. január 8 .

Lásd is