Pevný kyslík - Solid oxygen

Tento článek pojednává o pevné fázi elementárního kyslíku. Pevné látky používané jako zdroj kyslíku nebo jako oxidační činidlo viz Oxidační činidlo.

Pevný kyslík se tvoří normálně atmosférický tlak při teplotě pod 54,36 K (-218,79 ° C, 366,82 ° F). Pevný kyslík Ó2, jako kapalný kyslík, je čirá látka se světlem modrá obloha barva způsobená vstřebávání v červené části spektra viditelného světla.

Molekuly kyslíku přitahovaly pozornost kvůli vztahu mezi molekulární magnetizace a krystalové struktury, elektronické struktury, a supravodivost. Kyslík je jediný jednoduchý rozsivková molekula (a jedna z mála molekul obecně) nést a magnetický moment.[1] Díky tomu je tuhý kyslík obzvláště zajímavý, protože je považován za „řízený rotací“ krystal[1] který se zobrazí antiferomagnetický magnetické pořadí ve fázích nízké teploty. Magnetické vlastnosti kyslíku byly rozsáhle studovány.[2] Při velmi vysokých tlacích se pevný kyslík mění z izolační do a kovový Stát;[3] a při velmi nízkých teplotách se dokonce transformuje na a supravodivý stav.[4] Strukturální vyšetřování pevného kyslíku začalo ve 20. letech 20. století a v současné době šest odlišných krystalografické fáze jsou stanoveny jednoznačně.

Hustota pevného kyslíku se pohybuje od 21 cm3/mol v α-fázi na 23,5 cm3/ mol v γ-fázi.[5]

Fáze

Fázový diagram pro tuhý kyslík

Šest různých fáze Je známo, že existuje tuhý kyslík:[1][6]

  1. α-fáze: světle modrá - formy při 1 atm, pod 23,8 K, monoklinický Krystalická struktura.
  2. β-fáze: slabě modrá na růžový - tvoří se v 1 atm, pod 43,8 K, kosodélníková krystalická struktura (při pokojové teplotě a vysokém tlaku začíná transformace na tetraoxygen).
  3. γ-fáze: slabě modrá - formy v 1 atm, pod 54,36 K, krychlová krystalická struktura.
  4. δ-fáze: oranžový - se tvoří při pokojové teplotě a tlaku 9 GPa
  5. ε-fáze: tmavě červená na Černá - tvoří se při pokojové teplotě při tlacích vyšších než 10 GPa
  6. phase-fáze: kovový - formy při tlacích větších než 96 GPa

Je známo, že kyslík při tlaku místnosti ztuhne do stavu zvaného β-fáze při pokojové teplotě a s dalším zvyšováním tlaku β-fáze prochází fázové přechody do δ-fáze při 9 GPa a e-fáze při 10 GPa; a vzhledem k nárůstu v molekulární interakce, barva β-fáze se změní na růžovou, oranžovou, poté červenou (stabilní oktaoxygenová fáze) a červená barva s rostoucím tlakem dále ztmavne na černou. Bylo zjištěno, že kovová ζ-fáze se objeví při 96 GPa, když je kyslík ε-fáze dále stlačován.[6]

Červený kyslík

Hlavní článek: Oktaoxygen

Protože se tlak kyslíku při pokojové teplotě zvyšuje o 10 gigapascalů (1 500 000 psi), prochází dramatickým fázový přechod. Jeho objem výrazně klesá[7] a mění barvu z nebesky modré na tmavě červenou.[8] To je však jiné allotrope kyslíku, Ó
8, nejen pouze jiná krystalická fáze O2.

Octaoxygen-from-xtal-3D-balls.png
Epsilon-kyslík-xtal-3D-koule.png
Model s kuličkou a hůlkou O.8
Část Krystalická struktura ε-kyslíku

Kovový kyslík

A ζ -fáze se objeví na 96 GPa, když je ε-fázový kyslík dále stlačován.[7] Tato fáze byla objevena v roce 1990 natlakováním kyslíku na 132 GPa.[3] Fáze with s kovovým shlukem[9] vykazuje supravodivost při tlacích přes 100 GPa a teplotě pod 0,6 K.[4][6]

Reference

  1. ^ A b C Freiman, Y. A. & Jodl, H. J. (2004). "Pevný kyslík". Fyzikální zprávy. 401 (1–4): 1–228. Bibcode:2004PhR ... 401 .... 1F. doi:10.1016 / j.physrep.2004.06.002.
  2. ^ Viz také: U příspěvků zabývajících se magnetickými vlastnostmi pevného kyslíku odkazujeme na magnetizaci kondenzovaného kyslíku za vysokých tlaků a v silných magnetických polích R.J. Meier, C. J. Schinkel a A. de Visser, J. Phys. C15 (1982) 1015–1024, vzdálená infračervená absorpce zabývající se magnetickými buzeními nebo vlnami v Meier R J, Colpa J H P a Sigg H 1984 J. Phys. C: Fyzika pevných látek 17 4501.
  3. ^ A b Desgreniers, S., Vohra, Y. K. & Ruoff, A. L. (1990). "Optická odezva pevného kyslíku s velmi vysokou hustotou na 132 GPa". The Journal of Physical Chemistry. 94 (3): 1117–1122. doi:10.1021 / j100366a020.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  4. ^ A b Shimizu, K., Suhara, K., Ikumo, M., Eremets, M. I. & Amaya, K. (1998). "Supravodivost v kyslíku". Příroda. 393 (6687): 767–769. Bibcode:1998 Natur.393..767S. doi:10.1038/31656. S2CID  205001394.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  5. ^ Roder, H. M. (1978). "Molární objem (hustota) pevného kyslíku v rovnováze s parou". Žurnál fyzikálních a chemických referenčních údajů. 7 (3): 949–958. Bibcode:1978JPCRD ... 7..949R. doi:10.1063/1.555582.
  6. ^ A b C Pokročilá průmyslová věda a technologie (AIST) (2006). „Struktura krystalů pevné fáze kyslíku ε-fáze byla stanovena společně s objevem červeného kyslíku O8 Klastr ". AZoNano. Citováno 2008-01-10.
  7. ^ A b Akahama, Yuichi; Haruki Kawamura; Daniel Häusermann; Michael Hanfland; Osamu Shimomura (červen 1995). „Nový vysokotlaký strukturní přechod kyslíku při 96 GPa spojený s metalizací v molekulární pevné látce“. Dopisy o fyzické kontrole. 74 (23): 4690–4694. Bibcode:1995PhRvL..74,4690A. doi:10.1103 / PhysRevLett.74.4690. PMID  10058574.
  8. ^ Nicol, Malcolm; K. R. Hirsch; Wilfried B.Holzapfel (prosinec 1979). "Rovnováha kyslíkové fáze blízko 298 K". Dopisy o chemické fyzice. 68 (1): 49–52. Bibcode:1979CPL .... 68 ... 49N. doi:10.1016/0009-2614(79)80066-4.
  9. ^ Peter P. Edwards; Friedrich Hensel (2002-01-14). "Kovový kyslík". ChemPhysChem. Weinheim, Německo: WILEY-VCH-Verlag. 3 (1): 53–56. doi:10.1002 / 1439-7641 (20020118) 3: 1 <53 :: AID-CPHC53> 3.0.CO; 2-2. PMID  12465476.