Металлический кислород как возможный материал будущего?

Я изучаю возможные материалы, которые могут быть использованы в далеком будущем. Я наткнулся на нечто, называемое металлическим кислородом. Если кислород сжать до 10 ГПа, он превращается в темно-красное твердое вещество O 8 . Если его сжать еще до 96 ГПа, он претерпевает еще один фазовый переход и становится металлическим.

Прямо сейчас он может существовать только при смехотворном давлении, но, учитывая сегодняшние знания в области химии и материаловедения, есть ли какой-нибудь возможный способ сделать этот материал стабильным при атмосферном давлении, оставаясь в основном металлическим кислородом, а не просто каким-то оксидом? Возможно, смесь с другими аллотропами высокого давления, которые химически скрепляют друг друга или компенсируют энергию друг друга, образуя своего рода колодец стабильности?

Мои познания в материаловедении не так уж велики, поэтому я даже не знаю, имеет ли мой вопрос физический смысл, но, надеюсь, кто-нибудь сможет получить это и помочь мне.

Изменить: сделать мой вопрос более точным. Я не ожидаю, что металлический кислород будет стабилен в чистом виде. Я думаю, что ищу какой-нибудь сплав на основе металлического кислорода, который был бы стабилен при более низких давлениях. Неважно, с чем его смешивают, главное, чтобы он сохранял плотность и структуру металлического кислорода. Я хочу знать, имеет ли эта идея научный смысл, если хотя бы теоретически возможно иметь такой сплав.

Мы не знаем, скорее всего, не так, как вы описываете. С ним можно объяснить вопросы, химию считайте, хотя ответы по химии здесь всегда, скажем так, корявые. Тем не менее, я хочу отметить кое-что: прозрачный алюминий, материал звездного пути. Прекрасно принято, не имеет смысла, имя - единственное описание и объяснение, предлагаемое в основном. Если вы хотите сначала изобретать то, что придумали в художественной литературе, вы не строитель мира, а изобретатель. Например, лучше сосредоточьтесь на отличной истории и скажите, что она работает.
Возможно, это один из редких, действительно научных примеров мифического «силового поля». Ионизированный кислород сжимается с помощью сильного электромагнитного поля в вакууме для получения ионизированного металлического кислорода, который остается на аноде. Преимущество: при отключении электроэнергии кислород превращается в газ и рассеивается. Недостаток: он, вероятно, не выживет вне вакуума, а соображения мощности сделают его непомерно дорогим для чего-либо полезного.
но, учитывая сегодняшние знания в области химии и материаловедения, есть ли какой-нибудь возможный способ сделать этот материал стабильным при атмосферном давлении ? Нет, они бы сделали это, если бы это было возможно.
@raditz_35 Я держал в руках прозрачный алюминий. Удивительные вещи. Легкий, но пуленепробиваемый. Они делают это в Далласе. Да, изобретателей вдохновлял «Звездный путь». :-)
@SRM Я хочу отметить, что если вы имеете в виду ALON, то прозрачный алюминий - это просто псевдоним, а не совсем точное описание - просто чтобы избежать путаницы.
Да, и я думаю, что это достаточно точное описание. Нет, это не чистый алюминий в прозрачной кристаллической матрице, но он ведет себя так, как я ожидаю от прозрачного алюминия, и это смесь алюминия — я думаю, у него достаточно качеств, чтобы считаться.
@Raditz_35 Что ж, в истории, когда MC изобретает этот материал, он найдет способ сделать его стабильным при нормальном давлении, и я не хочу показаться слишком глупым, когда описываю общую идею того, как, ха-ха. Очевидно, я не прошу подробностей о том, как на самом деле сделать его стабильным, просто прошу способ, который имел бы смысл, учитывая современные знания, скажем, сделав его похожим на то, как существующие материалы делаются более стабильными.
@nzaman это довольно крутая идея! Хотя бешенное энергопотребление, да.
@nzaman, отличное дополнение, но забавно, что с огромными ограничениями по мощности вы действительно можете заставить возможно главного шотландского инженера связаться с мостиком и сказать: «Я просто не могу этого сделать, капитан, у меня просто нет мощности!»
Еще более интересным вопросом было бы то, для чего это было бы полезно, если бы мы нашли какой-то почти волшебный способ поддерживать его стабильность.
Поскольку основной проблемой, по-видимому, является энергопотребление, вы можете следовать идее, которую они взяли в книгах Odyssey One. По сути, раса альтернативных людей (параллельная эволюция или посев, это неясно) сумела разработать метод экстремального производства энергии, по существу создавая сингулярность и питаясь ею. В результате все их технологии имеют очень неэффективное энергопотребление, потому что они никогда не заканчиваются, но они могут в значительной степени манипулировать многими физическими явлениями по своему желанию (например, искусственная гравитация, силовые поля, грубые, но мощные лазеры, производящие тахионы, такие как включение кран).
А если хранить в контейнере? Очевидно, графеновые/углеродные нанотрубки могли бы его удержать...
@SRM Им не нужен был «Звездный путь». Древние греки знали о сапфире Al2O3, а процессам его синтетического выращивания уже более 100 лет.

Ответы (3)

Металлическое состояние кислорода будет сохраняться только до тех пор, пока будет поддерживаться чудовищное давление. Даже самый компактный и твердый водяной лед не останется таковым, если его искусственно создать в несовместимой среде. Например: в Дубае можно делать кубики льда, но нельзя долго держать их на солнце.

А условия для металлического кислорода настолько экзотичны, что не найти места ни на Земле, ни под Землей для поддержания стабильности

Да, если он чистый, но его можно смешать с чем-то, чтобы изменить необходимую энергию. например, добавление антифриза снижает температуру замерзания воды или соль снижает температуру ее кипения. Я ищу подобный эффект, только... значительно... больше.
@ Любопытство, тогда у тебя больше нет металлического кислорода. У меня есть один пример металлического сплава с использованием кислорода, но это не то, что вам нужно. en.wikipedia.org/wiki/Gum_metal
Значит, нельзя соединить металлический кислород с чем-то еще, сохранив при этом его кристаллическую структуру и общие свойства? Металлическая резина выглядит круто, но в ней всего 1% кислорода, в основном это титан. Я согласен с тем, что это не чистый металлический кислород, я не ожидаю, что это будет так, но я думаю, что это сплав, который по-прежнему в основном состоит из металлического кислорода, примерно на 50%, и сохраняет свою плотность и структуру как металлический кислород. Я мог бы просто придумать любой случайный набор элементов или не указывать их, если не могу найти ответ, но я просто пытаюсь понять, звучит ли этот подход хотя бы теоретически правдоподобно.

Устойчивое существование любого вещества обусловлено его свободной энергией Гиббса по сравнению с другими возможными веществами: существует то, у которого наименьшая свободная энергия Гиббса, остальные менее стабильны и превращаются в более устойчивые. Т.е. свободная энергия Гиббса жидкой воды ниже, чем у льда выше 0 С при 1 атм, поэтому выше этой температуры лед тает.

Как вы утверждаете, металлический кислород образуется только при смехотворно высоких давлениях. Мы можем перевести это как «только при таких давлениях свободная энергия Гиббса металлического кислорода ниже, чем у обычного кислорода».

Это то, с чем мы действительно не можем возиться: это следствие законов физики и химии, и если только нам не повезет иметь какое-то вещество, которое является метастабильным (например, алмаз, который не является самой низкой конфигурацией свободной энергии Гиббса в стандартных условиях, но он стабилен, если его не нагреть, превратив в графит), у нас нет возможности получить металлический кислород в наших стандартных условиях.

Я знаю, что не существует известного способа сделать его стабильным в чистом виде, я больше думал о создании сплава или химического соединения, в котором другой элемент будет обеспечивать энергию, чтобы сделать его стабильным или метастабильным. Но все же обладающий свойствами металлического кислорода. Это вообще работает?
@Curiosity, условия, в которых он существует, не позволяют экспериментировать с ним. И я сомневаюсь, что сплав по-прежнему будет считаться «металлическим кислородом».
Это не должно называться так. Подобные сплавы железа называются сталью, но в основном это железо с другими элементами, улучшающими его свойства. Как я уже говорил в других комментариях, я не ищу фактического подробного объяснения того, как это будет сделано, это потребует его изобретения. Я просто ищу способ, который звучал бы правдоподобно или как бы следовал общим правилам химии. На самом деле это не обязательно должно быть правильно, никто не узнает до далекого будущего.
@ Любопытство, если вы хотите сплавить кислород с помощью handwavium, вы можете, но тогда я бы не стал использовать научно обоснованный тег
Я постараюсь сделать свой вопрос более простым. Возможен ли с научной точки зрения металлический кислородный сплав? Может ли он теоретически быть стабильным при более низких давлениях?

Маловероятно, потому что кислород слишком активен.

Мне кажется, вы надеетесь, что металлический кислород будет иметь метастабильную форму, действуя как металл даже после того, как его вернут к комнатной температуре. Параллелью в реальном мире может быть алмаз, представляющий собой метастабильную форму углерода.

К сожалению, алмаз способен сохранять свою форму, потому что он имеет стабильную кристаллическую матрицу, которая связывает имеющиеся у него электроны. Вам нужно предоставить много энергии, чтобы разрушить эти углерод-углеродные связи, что позволит алмазу разрушиться в форму с более низкой энергией, графит.

Побочным эффектом этих углеродных связей является то, что алмаз действует как электрический изолятор. Проще говоря, у него недостаточно свободных электронов для проведения электричества.

Однако металлы характеризуются электропроводностью, и я не знаю, можно ли было бы назвать что-то «металлическим», если бы оно было изолятором. Конечно, когда мы говорим о «металлическом водороде», мы делаем это потому, что он становится электропроводным (с соответствующим увеличением оптической отражательной способности).

Газообразный кислород является двухатомным соединением. Если бы вы могли сжать большое количество кислорода в металлическое состояние, он обязательно распался бы на отдельные атомы, тем самым освободив валентные электроны, чтобы он мог вести себя как металл. Но все эти свободные электроны позволят кислороду реагировать со всем, с чем он сталкивается, а химические реакции с кислородом высвобождают много энергии.

Я предполагаю, что первое реактивное соединение, которое вступило в контакт с вашим метастабильным металлическим кислородом, должно было сгореть со взрывом, заставив соседний кислород также вернуться в двухатомную (газовую) форму. Это может сделать даже одна частица пыли или, возможно, космический луч.

Если у вас есть какие-либо сомнения относительно взрывных реакций, вызванных чистым кислородом, прочитайте о пожаре на стартовой площадке Аполлона-1 или о (иг)нобелевской премии, присужденной Джорджу Г. Гоблу за поджигание гриля для барбекю жидким кислородом. Учитывая относительную плотность металлов по сравнению с газами, создание чего-либо из металлического кислорода может привести к проблемам, потому что вы просто концентрируете реагенты.

Поскольку вы спросили о металлических сплавах, я не понимаю, как они могут уменьшить опасность, связанную с металлическим кислородом при комнатной температуре, позволяя ему оставаться металлическим. Все, что вы сплавляете с кислородом, будет стремиться образовать соединение с этим кислородом и выделять при этом много энергии.

О, я не подумал о реактивности. Как ученым удается сделать его под высоким давлением, не сгорая? Я думал, что среда высокого давления сделает его еще более реактивным. Какой другой материал вы бы выбрали для превращения в футуристический металл, который обычно не является металлом в нормальных условиях?
Металлический кислород как возможный материал будущего?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 20v