¿Oxígeno metálico como posible material futuro?

Estoy investigando posibles materiales que tal vez se utilicen en un futuro lejano. Encontré algo llamado oxígeno metálico. Si el oxígeno se comprime a 10 GPa, se convierte en un O 8 sólido de color rojo oscuro . Si se comprime más a 96 GPa, sufre otra transición de fase y se vuelve metálico.

En este momento, solo puede existir bajo una presión ridícula, pero dado el conocimiento actual de la química y la ciencia de los materiales, ¿hay alguna forma posible de hacer que este material sea estable a la presión atmosférica, sin dejar de ser principalmente oxígeno metálico, no solo un poco de óxido? ¿Quizás una mezcla con otros alótropos de alta presión que químicamente se mantienen unidos o cancelan la energía de los demás, formando una especie de pozo de estabilidad?

Mi conocimiento de la ciencia de los materiales no es tan bueno, por lo que ni siquiera sé si mi pregunta tiene sentido físico, pero espero que alguien pueda entender esto y ayudarme.

Editar: haciendo mi pregunta más precisa. No espero que el oxígeno metálico sea estable en forma pura. Lo que creo que estoy buscando es algún tipo de aleación basada en oxígeno metálico que sea estable a presiones más bajas. No importa con qué se mezcle siempre que mantenga la densidad y estructura del oxígeno metálico. Quiero saber si esta idea tiene sentido científicamente, si es al menos teóricamente posible tener tal aleación.

No lo sabemos, lo más probable es que no de la forma en que lo describe. Uno puede explicar los problemas con él, sin embargo, considere la química, las respuestas de química aquí son siempre, digamos descuidadas. Sin embargo, quiero señalar algo: aluminio transparente, material Star Trek. Perfectamente aceptado, no tiene sentido, el nombre es la única descripción y explicación que se ofrece básicamente. Si primero quieres inventar las cosas que inventas en la ficción, no eres un constructor de mundos sino, bueno, un inventor. Mejor enfócate en una gran historia, por ejemplo, y di que funciona.
Este podría ser uno de los raros ejemplos verdaderamente científicos del mítico "campo de fuerza". El oxígeno ionizado se comprime usando un fuerte campo EM en el vacío para producir oxígeno metálico ionizado, que permanece adherido al ánodo. Ventaja: cuando se corta la energía, el oxígeno vuelve a gas y se dispersa. Desventaja: probablemente no sobrevivirá fuera de un vacío, y las consideraciones de energía lo harían prohibitivamente costoso para cualquier cosa útil.
pero dado el conocimiento actual de la química y la ciencia de los materiales, ¿hay alguna forma posible de hacer que este material sea estable a la presión atmosférica? No, lo habrían hecho si eso fuera posible.
@raditz_35 He tenido aluminio transparente en mis manos. cosas asombrosas Ligero pero a prueba de balas. Lo hacen en Dallas. Sí, los inventores se inspiraron en Star Trek. :-)
@SRM Quiero señalar que si se refiere a ALON, entonces el aluminio transparente es solo un apodo y no una descripción precisa, solo para evitar confusiones.
Lo es, y creo que es una descripción razonablemente precisa. No, no es aluminio puro en una matriz de cristal transparente, pero se comporta de la manera en que esperaría que se comportara el aluminio transparente, y es una mezcla de aluminio; creo que tiene suficientes cualidades para contar.
@Raditz_35 Bueno, en la historia, el MC inventa este material, descubrirá una manera de hacerlo estable a una presión normal y no quiero sonar demasiado estúpido cuando describa la idea general de cómo, jaja. Obviamente, no estoy pidiendo detalles sobre cómo hacerlo realmente estable, solo pido una forma que tenga sentido dado el conocimiento actual, por ejemplo, haciéndolo similar a cómo los materiales existentes se hacen más estables.
@nzaman, ¡esa es una idea genial! Aunque consumo de energía loco, eso sí.
@nzaman, excelente adición, pero de manera entretenida, con las enormes limitaciones de energía, realmente podría hacer que el ingeniero jefe posiblemente escocés se comunique con el puente y diga "Simplemente no puedo hacerlo, Capitán, ¡simplemente no tengo el poder!"
Una pregunta aún más interesante sería para qué sería útil, suponiendo que encontráramos alguna forma casi mágica de mantenerlo estable.
Dado que el problema principal parece ser el consumo de energía, podría seguir la idea que tomaron en los libros de Odyssey One. Básicamente, una raza de humanos alternativos (evolución paralela o semilla, no está claro) logra desarrollar un método de producción de energía extrema esencialmente creando una singularidad y alimentándose de ella. El resultado es que toda su tecnología tiene un consumo de energía altamente ineficiente, porque nunca se agotan, pero pueden manipular mucha física a voluntad (por ejemplo, gravedad artificial, campos de fuerza, láseres crudos pero de alta potencia, que producen taquiones como encender el grifo).
¿Qué hay de mantenerlo en un recipiente? Aparentemente, los nanotubos de grafeno/carbono podrían contenerlo...
@SRM No necesitaban Star Trek. Los antiguos griegos conocían el zafiro, Al2O3, y los procesos de crecimiento sintético tienen más de 100 años.

Respuestas (3)

El estado metálico del oxígeno duraría solo mientras hubiera una presión monstruosa que lo mantuviera así. Incluso el hielo de agua más compacto y sólido no permanecerá así si se crea artificialmente en un entorno incompatible. También conocido como: puedes hacer cubitos de hielo en Dubai, pero no puedes mantenerlos al sol por mucho tiempo.

Y las condiciones para el oxígeno metálico son tan exóticas que no se encuentra ningún lugar sobre o debajo de la Tierra para mantener la estabilidad.

Sí, si es puro, pero se puede mezclar con algo para cambiar la energía requerida. como agregar anticongelante reduce la temperatura de congelación del agua o la sal reduce su temperatura de ebullición. Estoy buscando un efecto similar, solo que... significativamente... más grande.
@Curiosity, entonces ya no tienes oxígeno metálico. Tengo un ejemplo de una aleación de metal que usa oxígeno, pero no es lo que quieres. en.wikipedia.org/wiki/Gum_metal
Entonces, ¿no hay forma de combinar oxígeno metálico con otra cosa manteniendo su estructura cristalina y sus propiedades generales? El chicle se ve genial, pero solo tiene un 1% de oxígeno, es principalmente titanio. Estoy bien con que no sea oxígeno metálico puro, no espero que lo sea, pero estoy pensando en una aleación que todavía es principalmente oxígeno metálico, como más del 50%, y mantiene su densidad y estructura como oxígeno metálico. Podría crear cualquier conjunto aleatorio de elementos o no especificarlos si no puedo encontrar una respuesta, pero solo estoy tratando de ver si este enfoque suena teóricamente plausible al menos.

La existencia estable de cualquier sustancia está impulsada por su energía libre de Gibbs, en comparación con la de otras sustancias posibles: existe la que tiene la energía libre de Gibbs más baja, las otras son menos estables y se vuelven más estables. Es decir, la energía libre de Gibbs del agua líquida es menor que la del hielo por encima de 0 C a 1 atm, por lo tanto, el hielo se derrite por encima de esa temperatura.

Como usted dice, el oxígeno metálico se forma solo a presiones ridículamente altas. Podemos traducir eso como "solo a esas presiones la energía libre de Gibbs del Oxígeno metálico es más baja que el Oxígeno normal".

Esto es algo con lo que realmente no podemos jugar: es una consecuencia de las leyes de la física y la química, y a menos que tengamos la suerte de tener alguna sustancia que sea metaestable (como el diamante, que no es la configuración de energía libre de Gibbs más baja en condiciones estándar, pero es estable a menos que lo caliente, convirtiéndolo en grafito), no tenemos forma de tener oxígeno metálico en nuestras condiciones estándar.

Sé que no hay una forma conocida de hacerlo estable en su forma pura, estaba más pensando en crear una aleación o un compuesto químico donde el otro elemento proporcionaría la energía para hacerlo estable o metaestable. Pero aún teniendo las propiedades del oxígeno metálico. ¿Eso funciona en absoluto?
@Curiosity, las condiciones en las que existe no permiten experimentar con él. Y dudo que una aleación todavía se considere "oxígeno metálico".
No tiene por qué llamarse así. Al igual que las aleaciones de hierro, se denominan acero, pero en su mayoría son de hierro, con otros elementos que mejoran sus propiedades. Como dije en los otros comentarios, no estoy buscando la explicación detallada real de cómo se haría, eso requeriría inventarlo. Solo estoy buscando una forma que suene plausible o que siga las reglas generales de la química. En realidad, no tiene que ser correcto, nadie lo sabrá hasta el futuro lejano.
@Curiosity, si desea mezclar oxígeno con handwavium, puede hacerlo, pero entonces no usaría la etiqueta basada en la ciencia
Voy a tratar de hacer mi pregunta más simple. ¿Es científicamente posible una aleación de oxígeno metálico? ¿Podría teóricamente ser estable a presiones más bajas?

Improbable, porque el oxígeno es demasiado reactivo

Me parece que esperas que el oxígeno metálico tenga una forma metaestable, actuando como metálico incluso después de que vuelva a la temperatura ambiente. Un paralelo en el mundo real sería el diamante, que es una forma metaestable de carbono.

Desafortunadamente, el diamante puede conservar su forma porque tiene una matriz cristalina estable que ata sus electrones disponibles. Debe proporcionar mucha energía para romper esos enlaces carbono-carbono, lo que permite que el diamante se descomponga en una forma de menor energía, el grafito.

Un efecto secundario de estos enlaces de carbono es que el diamante actúa como aislante eléctrico. En pocas palabras, no tiene suficientes electrones libres para conducir electricidad.

Los metales, sin embargo, se caracterizan por la conductividad eléctrica, y no sé si podrías llamar a algo "metálico" si fuera un aislante. Ciertamente, cuando hablamos de "hidrógeno metálico" lo hacemos porque se vuelve eléctricamente conductor (con un aumento asociado en la reflectividad óptica).

El oxígeno gaseoso es un compuesto diatómico. Si pudiera comprimir una gran cantidad de oxígeno en un estado metálico, necesariamente se descompondría en átomos individuales, liberando así electrones de valencia para que pueda actuar como un metal. Pero todos esos electrones libres permitirán que el oxígeno reaccione con lo que encuentre, y las reacciones químicas con el oxígeno liberan mucha energía.

Especulo que el primer compuesto reactivo que entró en contacto con su oxígeno metálico metaestable se quemaría explosivamente, provocando que el oxígeno cercano también volviera a su forma diatómica (gas). Incluso una sola mota de polvo podría hacer eso, o tal vez un rayo cósmico.

Si tienes dudas sobre las reacciones explosivas provocadas por el oxígeno puro, lee sobre el incendio de la plataforma de lanzamiento del Apolo 1 o el (ig)premio nobel otorgado a George H. Goble por encender una parrilla con oxígeno líquido. Dada la densidad relativa de los metales frente a los gases, construir cualquier cosa a partir de oxígeno metálico sería un problema, porque solo estás concentrando los reactivos.

Dado que preguntó acerca de las aleaciones metálicas, no veo cómo podrían reducir el peligro asociado con el oxígeno metálico a temperatura ambiente y permitir que permanezca metálico. Cualquier cosa que alees con el oxígeno querrá formar un compuesto con ese oxígeno y emitirá mucha energía cuando lo haga.

Ah, no había pensado en la reactividad. ¿Cómo se las arreglan los científicos para hacerlo bajo alta presión sin que se queme? Pensé que el entorno de alta presión lo haría aún más reactivo. ¿Qué otro material elegirías para convertirlo en un metal futurista, que normalmente no es un metal en condiciones normales?
¿Oxígeno metálico como posible material futuro?
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