Oxygène solide
Définition
L'oxygène solide est une phase cristalline de l'oxygène moléculaire O2, caractérisé par une apparence bleu clair et translucide à des températures extrêmement basses. Cet état est obtenu par cryogénisation à des températures inférieures à -218,79 °C (54,36 K), sous pression atmosphérique normale.
De l'oxygène solide :
Avec l'augmentation de la pression, l'oxygène solide présente de profondes transformations de couleur et de structure, passant successivement du bleu à l'orange, puis au rouge foncé, et enfin à une phase noire métallique à des pressions supérieures à 96 GPa.
Explications
Dans des conditions atmosphériques normales, l'oxygène gazeux se liquéfie à -183 °C (oxygène liquide) avant de se solidifier à -218,79 °C (oxygène solide). La forme solide présente une teinte bleu ciel, due à son absorption de la lumière rouge (voir l'oxygène rouge). Les molécules d'oxygène dans cet état sont paramagnétiques, ce qui les rend sensibles aux champs magnétiques grâce à leurs électrons non appariés.
Sous une pression croissante, la structure moléculaire et les propriétés de l'oxygène solide subissent de profonds changements :
- À environ 9 GPa, le matériau passe du bleu à l'orange. Au-delà de 10 GPa, il passe à une phase rouge foncé appelée ε-oxygène, ou oxygène rouge.
- À des pressions supérieures à 96 GPa, l'oxygène devient métallique, permettant à ses électrons de se déplacer librement au sein de la structure.
- De manière remarquable, cette forme métallique présente un comportement supraconducteur à des températures extrêmement basses (0,6 K), où la résistance électrique chute à zéro.
L'oxygène solide est étudié en physique du solide en raison de son diagramme de phase complexe et de l'interaction entre son comportement magnétique et sa structure réticulaire. Au-delà de ses propriétés intrinsèques, l'étude de l'oxygène solide dans des conditions extrêmes permet de mieux comprendre les interactions moléculaires sous haute pression, établissant des parallèles avec d'autres éléments comme l'hydrogène.
Ces recherches contribuent à la science fondamentale et améliorent la compréhension du comportement des matériaux (des systèmes moléculaires simples à la matière condensée) dans des environnements extrêmes.
L'oxygène subit une transformation lors de sa cristallisation, passant d'un état isolant à basse pression à des propriétés supraconductrices à haute pression. Des chercheurs ont dévoilé la structure d'une phase de transition au sein de cette séquence.
Synonymes, antonymes
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