Szilárd oxigén

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából

Az oxigén normál légköri nyomáson -218,79 °C-on fagy meg. Hat fajta oxigén kristályt fedeztek fel változatos sűrűségben és színekben. A fémes oxigén (γ kristály) alacsony hőmérsékleten szupravezető. A szilárd oxigén kristályai spin-kontrolláltak. Az oxigén az egyetlen kétatomos molekula aminek van mágneses momentuma[1] A szilárd oxigént 1920 óta kutatják. A szilárd oxigén sűrűsége attól függően, hogy melyik fajta kristályáról van szó 21 cm3/mol és 23 cm3/mol között van. A szilárd oxigén alacsony hőmérsékleten és nagy nyomáson fémes és szupravezető.[2][3][4][5]

Fázisai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A szilárd oxigénnek hat különböző fázisa ismert::[1][6]

  1. α fázis: világoskék, 1 atmoszférás nyomáson 23,8 K alatt létezik.
  2. β fázis: halványkék és rózsaszínű, 1 atmoszférás nyomáson 43,8 K alatt létezik, kristályszerkezete romboéderes, szobahőmérsékleten és nagy nyomáson tetraoxigénné O4 alakul át.
  3. γ fázis: halványkék színű, 1 atmoszférás nyomáson 54,36 K alatt létezik, kristályszerkezete köbös.
  4. δ-fázis: narancssárga, szobahőmérsékleten 9 GPa nyomás felett létezik.
  5. ε-fázis: nyomástól függően sötétvörös vagy fekete, 10 GPa nyomás felett létezik.
  6. ζ fázis: fémes, 96 GPa nyomás felett létezik.

A β-fázis szobahőmérsékleten, nagy nyomáson megszilárdul. 9 GPa nyomás felett δ fázisú lesz, majd 10 GPa nyomás felett ε fázisú lesz, majd 96 GPa nyomás felett ζ fázisú lesz. Ezzel párhuzamosan a fázisátváltozásokkal a kristályszerkezetének változásai miatt a szilárd oxigén előbb rózsaszínű, majd narancssárga, vörös és végül fekete színű lesz. A szilárd oxigén minél nagyobb nyomásnak van kitéve, annál sötétebb. 96 GPa nyomás felett fémes fázisú lesz.[6]

Vörös oxigén[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Szobahőmérsékleten 10 GPa nyomáson az oxigén drámai fázisátváltozáson megy keresztül, térfogata jelentősen lecsökken,[7][8] és a színe kékről sötétvörösre változik. Ez az ε-fázis; 1979-ben fedezték fel, a szerkezete nem teljesen ismert. Az infravörös abszorpciós spektruma alapján a kutatók azt feltételezték, hogy O4 molekulákból áll.[9] de 2006-ban röntgen-krisztallográfiás vizsgálata kimutatta, hogy a vörös oxigén O8 molekulákból áll.[10][11] A klaszterei rombusz alakúak.[12]

Octaoxygen-from-xtal-3D-balls.png
Epsilon-oxygen-xtal-3D-balls.png
Az O8 modellje
Az ε-oxigén kristályszerkezetének részlete

Ebben a fázisában az oxigén sötétvörös színű, nagyon erős infravörös adszorpciója van és mágneses.[1] Nagy nyomáson stabil. Vizsgálták elméletileg, röntgen-diffrakcióval és spektroszkópiával. Kristályai monoklinok. C2/m szimmetriájú. Az infravörös abszorpciós tulajdonságai azzal magyarázhatók, hogy ebben a fázisában az oxigén nyolcatomos molekulákat alkot.

  • A folyékony oxigént rakéták üzemanyagaként használják, a kutatók szerint a vörös oxigént is lehetne rakéta üzemanyagként használni: jobb oxidálószer, mint a folyékony oxigén és nagy az enregiasűsűsége.[13]
  • A vörös oxigén 600 K hőmérsékleten 17 GPa nyomás felett létezik.
  • 11 GPa nyomáson a vörös oxigénben az oxigénatomok közti kötés hossza 0,234 nm, a molekulái közti távolság 266 nm, összehasonlításképpen az O2 molekulában az oxigénatomok közti kötés hossza 120 nm.
  • Hogy hogyan keletkezik az O8 molekula, nem ismert. De a kutatók szerint jelentős szerepet játszhat az oxigénmolekulák mágneses momentuma.[6]
  • A vörös oxigén tulajdonságai nagy mértékben a szerkezetétől függhetnek.[6]

Fémes oxigén[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A fémes oxigén a ζ fázis 96 GPa nyomás felett létezik. Az ε fázis nyomás általi összesűrűsödésével keletkezik. 1990-ben fedezték fel 136 GPa nyomáson. Alacsony hőmérsékleten szupravezető.[14]

Fordítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Ez a szócikk részben vagy egészben a Solid oxygen című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b c Freiman, Y. A. & Jodl, H. J. (2004.). „Solid oxygen”. Phys. Rep. 401, 1–228. o. DOI:10.1016/j.physrep.2004.06.002.  
  2. Goncharenko, I. N., Makarova, O. L. & Ulivi, L. (2004.). „Direct determination of the magnetic structure of the delta phase of oxygen”. Phys. Rev. Lett. 93 (5), 055502. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.93.055502. PMID 15323705.  
  3. Desgreniers, S., Vohra, Y. K. & Ruoff, A. L. (1990.). „Optical response of very high density solid oxygen to 132 GPa”. J. Phys. Chem. 94 (3), 1117–1122. o. DOI:10.1021/j100366a020.  
  4. Shimizu, K., Suhara, K., Ikumo, M., Eremets, M. I. & Amaya, K. (1998.). „Superconductivity in oxygen”. Nature 393 (6687), 767–769. o. DOI:10.1038/31656.  
  5. (1978.) „The molar volume (density) of solid oxygen in equilibrium with vapor” (reprint). Journal of Physical and Chemical Reference Data 7 (3), 949. o. DOI:10.1063/1.555582.  
  6. ^ a b c d Solid Oxygen ε-Phase Crystal Structure Determined Along With The Discovery of a Red Oxygen O8 Cluster. (Hozzáférés: 2008. január 10.)
  7. Akahama, Yuichi, Haruki Kawamura, Daniel Häusermann, Michael Hanfland, and Osamu Shimomura (1995. June). „New High-Pressure Structural Transition of Oxygen at 96 GPa Associated with Metallization in a Molecular Solid”. Physical Review Letters 74 (23), 4690–4694. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.74.4690. PMID 10058574.  
  8. Nicol, Malcolm, K. R. Hirsch, and Wilfried B. Holzapfel (1979. December). „Oxygen Phase Equilibria near 298 K”. Chemical Physics Letters 68 (1), 49–52. o. DOI:10.1016/0009-2614(79)80066-4.  
  9. Gorelli, Federico A., Lorenzo Ulivi, Mario Santoro, and Roberto Bini (1999. November). „The ε Phase of Solid Oxygen: Evidence of an O4 Molecule Lattice”. Physical Review Letters 83 (20), 4093–4096. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.83.4093.  
  10. Hiroshi Fujihisa, Yuichi Akahama, Haruki Kawamura, Yasuo Ohishi, Osamu Shimomura, Hiroshi Yamawaki, Mami Sakashita, Yoshito Gotoh, Satoshi Takeya, and Kazumasa Honda (2006. augusztus 26.). „O8 Cluster Structure of the Epsilon Phase of Solid Oxygen”. Phys. Rev. Lett. 97 (8), 085503. o. DOI:10.1103/PhysRevLett.97.085503. PMID 17026315.  
  11. Lars F. Lundegaard, Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon, Serge Desgreniers and Paul Loubeyre (2006. szeptember 14.). „Observation of an O8 molecular lattice in the phase of solid oxygen”. Nature 443 (7108), 201–204. o. DOI:10.1038/nature05174. PMID 16971946.  
  12. Steudel, Ralf (2007.). „Dark-Red O8 Molecules in Solid Oxygen: Rhomboid Clusters, Not S8-Like Rings”. Angewandte Chemie International Edition 46 (11), 1768–1771. o, Kiadó: 2007-01-23. DOI:10.1002/anie.200604410. PMID 17450606.  
  13. Ball, Phillip (2001. november 16.). „New form of oxygen found”. DOI:10.1038/news011122-3.  
  14. Peter P. Edwards, Friedrich Hensel (2002. január 14.). „Metallic Oxygen”. ChemPhysChem, Weinheim, Germany 3 (1), 53–56. o, Kiadó: WILEY-VCH-Verlag. DOI:<53::AID-CPHC53>3.0.CO;2-2 10.1002/1439-7641(20020118)3:1<53::AID-CPHC53>3.0.CO;2-2. PMID 12465476.