形成于正常大
气压的54.36K(-218.79°C)以下。固态的
氧气由于吸收红色光,像
液氧一样,是浅蓝色透明物质。
氧分子因它在分子磁化(molecular magnetization)上与
晶体结构、
电子排布、
超导电性的关系而受到关注。氧分子是能承载
磁矩的唯一的简单
双原子分子(通常情况下纵使所有分子也只有少数能够如此)。它被认为是“受自旋控制(spin-
controlled)”的晶体,并因此展现出不寻常的磁性规律。在极高压下,固氧从
热绝缘材料变成金属的形态;而在极低温下,它甚至能变成
超导体。对固氧的结构研究始于19世纪20年代,如今,已确定六种泾渭分明的
晶体相。
随着室温下氧气的压强超过10GPa,它将出人意料地相变为另一个
同素异形体。它的体积骤减,颜色也从蓝变成深红。这种ε相发现于1979年,但当时它的结构并不清楚。基于它的
红外线吸收光谱,1999年,研究人员推断此
相态是O4分子的
晶体。但在2006年,
X射线晶体学表明这个被称作ε氧或红氧的稳定相态实为O8。此结构在理论上不曾被预测:由四个
氧分子O2组成的菱形的O8
原子簇。
所有
相态中,这个相态相当有趣。它颜色为深红色,对红外线
吸收能力很强,并有磁场缩灭(magnetic collapse)。它在很大的压强范围内(10GPa至96GPa)稳定,已成为许多
X射线衍射、
光谱学和理论学者的课题。
液氧已被用作火箭中的氧化剂,红氧则被认为可能会是更好的氧化剂,因为它
能量密度更高。
气压为11GPa时,O8
原子簇内的
键长为0.234纳米,原子簇之间距离为0.266nm。而氧分子O2的键长是0.120nm。
研究中O8原子簇的构成原理尚不清楚,研究人员认为氧分子间电荷的运动或者
磁矩在这种构成中起重要作用。
O8 遭遇96GPa以上的高压就会变为金属氧,不仅会导电,在低温下表现出
超导性。