Metallischer Sauerstoff als mögliches Material der Zukunft?

Der metallische Zustand des Sauerstoffs würde nur so lange anhalten, wie ein ungeheurer Druck ihn in diesem Zustand halten würde. Selbst das beständigste und festeste Wassereis wird es nicht bleiben, wenn es künstlich in einer inkompatiblen Umgebung erzeugt wird - alias: Sie können Eiswürfel in Dubai herstellen, aber Sie können sie nicht lange in der Sonne halten.

Und die Bedingungen für metallischen Sauerstoff sind so exotisch, dass er nirgendwo auf oder unter der Erde zu finden ist, um Stabilität aufrechtzuerhalten

Die stabile Existenz jeder Substanz wird von ihrer freien Gibbs-Energie angetrieben, verglichen mit der anderer möglicher Substanzen: Diejenige mit der niedrigsten freien Gibbs-Energie existiert, die anderen sind weniger stabil und werden stabiler. Das heißt, die Gibbs-Energie von flüssigem Wasser ist niedriger als die von Eis über 0 ° C bei 1 atm, daher schmilzt Eis über dieser Temperatur.

Wie Sie sagen, bildet sich metallischer Sauerstoff nur bei lächerlich hohen Drücken. Wir können dies übersetzen als „nur bei diesen Drücken ist die freie Gibbs-Energie von metallischem Sauerstoff niedriger als bei normalem Sauerstoff“.

Das ist etwas, mit dem wir nicht wirklich herumspielen können: Es ist eine Folge physikalischer und chemischer Gesetze, und es sei denn, wir haben das Glück, eine metastabile Substanz zu haben (wie Diamant, der unter Standardbedingungen nicht die niedrigste freie Energiekonfiguration von Gibbs ist, aber es ist stabil, es sei denn, Sie erwärmen es und verwandeln es in Graphit), wir haben keine Möglichkeit, metallischen Sauerstoff unter unseren Standardbedingungen zu haben.

Unwahrscheinlich, weil Sauerstoff zu reaktiv ist

Es hört sich für mich so an, als ob Sie hoffen, dass metallischer Sauerstoff eine metastabile Form hat und auch nach Rückkehr auf Raumtemperatur metallisch wirkt. Eine reale Parallele wäre Diamant, eine metastabile Form von Kohlenstoff.

Leider kann Diamant seine Form behalten, weil er eine stabile kristalline Matrix hat, die seine verfügbaren Elektronen bindet. Sie müssen viel Energie bereitstellen, um diese Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen aufzubrechen, wodurch der Diamant in eine energieärmere Form, Graphit, zerfallen kann.

Ein Nebeneffekt dieser Kohlenstoffbindungen ist, dass Diamant als elektrischer Isolator wirkt. Einfach gesagt, es hat nicht genug freie Elektronen, um Strom zu leiten.

Metalle zeichnen sich jedoch durch elektrische Leitfähigkeit aus, und ich weiß nicht, ob man etwas "metallisch" nennen könnte, wenn es ein Isolator wäre. Wenn wir von „metallischem Wasserstoff“ sprechen, tun wir dies sicherlich, weil er elektrisch leitfähig wird (mit einer damit verbundenen Erhöhung des optischen Reflexionsvermögens).

Gasförmiger Sauerstoff ist eine zweiatomige Verbindung. Wenn Sie eine große Menge Sauerstoff in einen metallischen Zustand komprimieren könnten, würde er zwangsläufig in einzelne Atome zerfallen und dabei Valenzelektronen freisetzen, damit er wie ein Metall wirken kann. Aber all diese freien Elektronen ermöglichen es dem Sauerstoff, mit allem zu reagieren, was ihm begegnet, und chemische Reaktionen mit Sauerstoff setzen viel Energie frei.

Ich spekuliere, dass die erste reaktive Verbindung, die mit Ihrem metastabilen metallischen Sauerstoff in Kontakt kommt, explosionsartig verbrennen und den nahe gelegenen Sauerstoff dazu veranlassen würde, ebenfalls in die zweiatomige (Gas-) Form zurückzukehren. Sogar ein einzelnes Staubkorn könnte das tun, oder vielleicht ein kosmischer Strahl.

Wenn Sie Zweifel an den explosiven Reaktionen haben, die durch reinen Sauerstoff ausgelöst werden, lesen Sie über das Feuer der Apollo 1-Startrampe oder den (ig)Nobelpreis, der George H. Goble für das Anzünden eines Grills mit flüssigem Sauerstoff verliehen wurde. Angesichts der relativen Dichte von Metallen gegenüber Gasen wäre es schwierig, irgendetwas aus metallischem Sauerstoff aufzubauen, da Sie nur die Reaktanten konzentrieren.

Da Sie nach Metalllegierungen gefragt haben, sehe ich nicht, wie sie möglicherweise die mit metallischem Sauerstoff bei Raumtemperatur verbundene Gefahr verringern könnten, während sie metallisch bleiben. Alles, was Sie mit dem Sauerstoff legieren, wird mit diesem Sauerstoff eine Verbindung eingehen wollen und dabei viel Energie abgeben.