Oxigen solid

Oxigen solid se referă la oxigen O 2răcit sub punctul său de îngheț, adică 54,36  K ( −218,79  ° C ) la presiunea atmosferică . La fel ca oxigenul lichid , are un aspect clar, cu o ușoară nuanță albăstruie datorită absorbției luminii roșii (nu împrăștierea Rayleigh conferind atmosferei culoarea albastră). De moleculele de dioxigenați O 2sunt studiate în special pentru că se numără printre moleculele rare dotate cu un moment magnetic și că reprezintă cea mai simplă reprezentare a acestuia, fiind diatomice . Ca rezultat, structura cristalină a oxigenului solid ar fi determinată de rotirea moleculelor de oxigen prin momentul lor magnetic.
La o presiune foarte mare, mai mare de 96  G Pa, adică în jur de un milion de bare , oxigenul solid încetează să mai fie izolant pentru a deveni metalic și chiar devine supraconductor la temperaturi foarte scăzute.

Tranziții de fază

Structura oxigenului solid a fost studiată din anii 1920 și șase faze cristaline sunt acum descrise cu certitudine:

  1. faza α albastru deschis la presiunea atmosferică și mai mică de -249,35  ° C cu cristale monoclinice  ;
  2. faza β albastru pal , la presiune atmosferică și mai mică de -229,35  ° C cu cristale romboedrice (începe conversia în tetraoxigen O 4) la presiune atmosferică și temperatură ridicată);
  3. faza γ roz la presiunea atmosferică și mai mică de -218,79  ° C cu cristale cubice  ;
  4. faza orange portocalie la temperatura camerei sub o presiune de aproximativ 9  GPa  ;
  5. faza ε roșu până la negru , la temperatura ambiantă și presiune mai mare de 10  GPa  ;
  6. phase faza metalică la o presiune mai mare de 96  GPa .

Oxigenul începe prin solidificarea la presiunea atmosferică sub o așa-numită fază "β" cu cristale romboedrice , apoi, prin creșterea presiunii, suferă o tranziție în faza orange portocalie la 9  GPa și în faza roșie ε la 10  GPa  ; culoarea roșie se întunecă odată cu creșterea presiunii, până când devine neagră. Prin continuarea comprimării fazei ε, are loc o tranziție către 96  GPa către faza metallic metalică.

Structura oxigenului roșu

Tranziția de fază la 10  GPa este însoțită de o scădere semnificativă a volumului și o schimbare a culorii de la portocaliu albăstrui La roșu intens. Această fază a fost descoperită în 1979, dar structura sa a rămas obscură. Din spectrul său de absorbție în infraroșu , în 1999 s-a emis ipoteza că ar putea fi molecule de tetraoxigen O 4dispuse într-o rețea de cristal. Cu toate acestea, în 2006, prin difractometrie cu raze X, a apărut că această fază ε este de fapt alcătuită din molecule de octaoxigen O 8. Această structură nu fusese prevăzută, fiind un grup O 8romboedru a patru molecule de oxigen O 2 :

Octaoxigen-din-xtal-3D-bile.png Epsilon-oxigen-xtal-3D-bile.png
Modelul unei molecule de O 8
ca complex (O 2 ) 4. 		Dispunerea cristalină a
fazei ε (oxigen roșu).

Dimensiunile complexelor O 8la 11  GPa sunt:

Oxigenul roșu este o fază destul de neobișnuită, în sensul că are o culoare roșie foarte pronunțată, o absorbție foarte puternică în infraroșu, iar proprietățile sale magnetice se schimbă dramatic. Studiile efectuate prin difractometrie și spectrometrie cu raze X au relevat o simetrie C2 / m monoclinică , în timp ce absorbția sa puternică în infraroșu a fost atribuită asocierii moleculelor de oxigen O 2 în complexe mari.

Oxigen metalic

Faza ζ a oxigenului metalic apare peste 96  GPa prin comprimarea fazei ε a oxigenului roșu. A fost descoperit în 1990 sub o presiune de 132  GPa . Prezintă un luciu metalic și devine supraconductor la temperaturi scăzute.

Note și referințe

  1. (în) Freiman, YA & Jodl, HJ, "  Oxigen solid  " , Phys. Reprezentant. , vol.  401,2004, p.  1–228 ( DOI  10.1016 / j.physrep.2004.06.002 )
  2. (în) Goncharenko, IN, Makarova, OL și Ulivi, L., "  Determinarea directă a structurii magnetice a stadiului delta al oxigenului  " , Phys. Rev. Lett. , vol.  93,2004, p.  055502 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.93.055502 )
  3. (în) Desgreniers, S. Vohra, YK & Ruoff, AL, „  Răspunsul optic al oxigenului solid de densitate foarte mare la 132  GPa  ” , J. Phys. Chem. , vol.  94,1990, p.  1117-1122 ( DOI  10.1021 / j100366a020 )
  4. (în) Shimizu, K., Suhara, K., Ikumo, M., Eremets, MI și Amaya, K., "  Superconductivitatea în oxigen  " , Natura , vol.  393,1998, p.  767–769 ( DOI  10.1038 / 31656 )
  5. (ro) "  Structura cristalină a fazei ε cu oxigen solid determinată odată cu descoperirea unui cluster de oxigen roșu O8  " (accesat la 10 ianuarie 2008 )
  6. (ro) Yuichi Akahama , „  Nouă tranziție structurală de înaltă presiune a oxigenului la 96  GPa asociată cu metalizarea într-un solid molecular  ” , Physical Review Letters , vol.  74, nr .  23,Iunie 1995, p.  4690–4694 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.74.4690 , citiți online )
  7. (ro) Malcolm Nicol , „  Oxigen Phase Equilibria near 298 K  ” , Chemical Physics Letters , vol.  68, n o  1,Decembrie 1979, p.  49–52 ( DOI  10.1016 / 0009-2614 (79) 80066-4 )
  8. (în) Federico A. Corelli , „  Faza ε a oxigenului solid: dovezi ale rețelei moleculare din anul O 4  ” , Physical Review Letters , vol.  83, nr .  20,Noiembrie 1999, p.  4093–4096 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.83.4093 , citiți online )
  9. (în) Hiroshi Fujihisa, Yuichi Akahama, Haruki Kawamura Yasuo Ohishi, Osamu Shimomura Hiroshi Yamawaki, Mami Sakashita, Yoshito Gotoh, Satoshi Takeya Kazumasa și Honda, "  O8 Cluster Structure of the Epsilon Phase of Solid Oxygen  " , Phys. Rev. Lett. , vol.  97,2006, p.  085503 ( DOI  10.1103 / PhysRevLett.97.085503 , citit online , accesat la 10 ianuarie 2008 )
  10. (în) Lars F. Lundegaard Gunnar Weck, Malcolm I. McMahon și Paul Serge Desgreniers Loubeyre, "  Observarea rețelei moleculare a anului O8 în stadiul oxigenului solid  " , Nature , vol.  443,2006, p.  201–204 ( DOI  10.1038 / nature05174 , citit online , accesat la 10 ianuarie 2008 )
  11. (în) Steudel, Ralf, "  Molecule O8 roșu închis în oxigen solid: clustere romboide, inele similare S8  " , Ediția internațională Angewandte Chemie , 2007-01-23, Vol.  46, nr .  11,2007, p.  1768–1771 ( DOI  10.1002 / anie.200604410 , citit online , accesat la 10 ianuarie 2008 )
  12. (în) Peter P. Edwards, Friedrich Hensel, „  Metalic Oxygen  ” , ChemPhysChem , Weinheim, Germania, 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 , citit online , accesat la 8 ianuarie 2008 )

Vezi și tu