Az oxigén normál légköri nyomáson –218,79 °C-on fagy meg. Hatfajta 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. 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.
Fázisai A szilárd oxigénnek hat különböző fázisa ismert: α fázis: világoskék, 1 atmoszférás nyomáson 23,8 K alatt létezik. β fázis: halványkék és rózsaszínű, 1 atmoszférás nyomáson 43,8 K alatt létezik, kristályszerkezete romboéderes, szobahőmérsékleten és nagy nyomáson tetraoxigénné O4 alakul át. γ fázis: halványkék színű, 1 atmoszférás nyomáson 54,36 K alatt létezik, kristályszerkezete köbös. δ-fázis: narancssárga, szobahőmérsékleten 9 GPa nyomás felett létezik. ε-fázis: nyomástól függően sötétvörös vagy fekete, 10 GPa nyomás felett létezik. 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.
Vörös oxigén Szobahőmérsékleten 10 GPa nyomáson az oxigén drámai fázisátváltozáson megy keresztül, térfogata jelentősen lecsökken, 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 molekulákból áll. de 2006-ban röntgen-krisztallográfiás vizsgálata kimutatta, hogy a vörös oxigén molekulákból áll. Klaszterei rombusz alakúak.
170px170pxAz O8 modelljeAz ε-oxigén kristályszerkezetének részlete
Ebben a fázisában az oxigén sötétvörös színű, nagyon erős infravörös adszorpciója van és mágneses. 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 energiasűrűsége.
A vörös oxigén 600 Kelvin hőmérsékleten 17 GPa nyomás felett létezik. 11 GPa nyomáson a vörös oxigénben az oxigénatomok közti kötés hossza 234 pm, a molekulái közti távolság 266 pm, összehasonlításképpen az molekulában az oxigénatomok közti kötés hossza 120 pm. Hogy hogyan keletkezik az molekula, nem ismert, de a kutatók szerint jelentős szerepet játszhat az oxigénmolekulák mágneses momentuma. A vörös oxigén tulajdonságai nagy mértékben a szerkezetétől függhetnek.
Fémes oxigén 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.
Jegyzetek
Fordítás
Kategória:Kémiai elemek allotrop módosulatai Kategória:Oxigénvegyületek