Ученые из двух независимых групп — под руководством Малкольма Макмэхона из университета Эдинбурга и во главе с Хироси Фуджихисой из Национального института промышленной науки и технологии — исследовали свойства твердого красного кислорода, образующегося при воздействии на этот газ очень высокого давления. Результаты оказались интересными и красивыми, хотя и совершенно бесполезными.
В газообразном состоянии кислород представляет собой молекулы, которые перемещаются в пространстве, сталкиваясь друг с другом. Однако при повышении давления молекулы теснее прижимаются друг к другу, и кислород превращается в бледно-голубую жидкость. А при достижении давления в 5,4 гигапаскаля (примерно в 52 тысячи раз выше атмосферного) — в твердое тело такого же цвета.
В 1979 году химики выяснили, что при дальнейшем повышении давления до 10 гигапаскалей твердый кислород становится красным. В ходе новых исследований ученые проводили анализ кристаллической решетки кислорода в этом состоянии с помощью рентгеновского излучения. Разница состояла, в первую очередь, в методе.
Если в первом эксперименте кристалл твердого кислорода положили на подложку из гелия (при таком давлении гелий стал мягким, «как масло»), то во втором выращенный кристалл размельчили в порошок.
Обе работы дали ошеломляющие результаты.
Обычно при повышении давления химические связи в твердом теле разрушаются, а вещество начинает вести себя так же, как и более тяжелые элементы той же группы. Ожидалось, что атомы образуют группы по 8 штук, составив кольцо, — как это происходит, например, с атомами серы.
Вместо этого атомы организовались по восемь, но образовали не кольцо, а ромбоэдр — фигуру наподобие сплющенного куба; то есть получилась молекула, состоящая из восьми атомов — O8.
Такое неожиданное открытие должно заставить ученых пересмотреть прежние теоретические представления о кислороде в «сгущенном» состоянии.
Интересно, что твердый красный кислород не имеет совсем никакой практической ценности. К тому же он создается в микроскопических количествах и испаряется, едва давление снижается.
Не может он существовать и в природе: если бы и были возможны высокие давления, заставляющие кислород затвердеть, он все равно бы быстро соединялся с другими веществами.
«Нет таких астрофизических или геофизических условий, при которых можно найти кислород в твердой фазе. Это возможно только в лаборатории», — сказал Поль Лубейр (Paul Loubeyre) из французского Комитета по атомной энергии, принимавший участие в одном из этих исследований.
Если бы кислород мог сохранять структуру кристаллической решетки после снижения давления, он был бы очень полезен, например, при производстве ракетного топлива, полагает Макмэхон.
Добавим, что в данном случае особенный интерес для науки представляет не столько сам красный кислород, сколько методы, которые дали возможность выяснить структуру этого вещества в твердой фазе при столь высоком давлении.
