五颜六色的氧气.docx

五颜六色的氧气 氧是元素周期表上位列第八的元素，它让我们得以生存，也用自己独特的颜色点缀着世界 氧气是什么颜色的？ 我想大家确定会坚决果断地回答道：无色的！事实果真如此吗？ 极光，来自天堂的接引之光 正常条件下，氧气的确是无色气体，但在阿拉斯加、加拿大或者冰岛等地，我们能望见自然发光的氧气——闻名的北极光北极光拥有让人迷醉的绿色，爱斯基摩人认为这幽幽绿光是鬼神引领灵魂进入天堂的火炬 极光的色调之谜曾让物理学家陷入疯狂——没人知道原委是什么物质发出这种漂亮的绿光 曾有两种主流的观点一种认为，极光光谱明显与氮气电离后的发光光谱相同；另一种认为，极光的绿色来自氪但这些最终都被证明是错的 分光镜的分析显示，绝大多数极光的波长为557.7纳米但惊奇的是，人们将这一波长与各种气体的放射光谱进行对比，结果发觉没有一个能对上 这结果一出，物理学界内一片哗然这意味着全部的说明都是不正确的科学家们不得不无奈地承认，我们对极光的本质根本一窍不通！ 还有一些人认为极光是由未知元素产生的，比如因大陆漂移学说而著名世界的德国科学家阿尔弗雷德·魏格纳认为，极光源于一种新的“地冕”气体。

“未知元素产生绿光”这一观点并不簇新1864年，英国天文学家威廉·哈金斯在视察猫眼星云时，发觉一组刺眼的翡翠绿光，波长为500.7纳米也是因为没有一种已知元素能发出这一波长的光，所以当时的科学家普遍认为，让星云散发出怪异绿光的是一种叫做“星云元素”的新元素 事实证明，地冕气体和星云元素都不存在极光的黄绿光和行星状星云的翡翠绿光，其实都源自一般的氧，一点儿都不神奇 “披红着绿”的氧气 那么氧气原委是怎样发出绿光的呢？ 氧气是氧原子的主要存在方式氧原子有8个电子，这些电子在原子核外的远动轨迹并非无迹可寻，事实上它们沿着一些特定的轨道运行不同轨道上的电子具有不同的能量，这些能量值即为能级轨道离原子核越近，能级越低 在正常状态下，氧原子处于最低能级，即电子在离核最近的轨道上运行但当大气顶层的氧原子与来自太阳的高能粒子碰撞时，内层电子能从中获得能量，跃迁至能级更高的轨道这种状态叫做激发态，是极不稳定的，电子很简单回到近核轨道上，并将获得的能量释放出来 处在激发态的原子或分子释放能量的方式有许多种，主要可分为辐射跃迁和无辐射跃迁两种类型顾名思义，辐射跃迁就是指能量以光子的形式被释放。

反之，无辐射跃迁则不会发出光子，激发的分子或原子通过碰撞等形式，将获得的能量传递给其他分子或原子 在10万～15万米的高空，空气比较淡薄，被激发的电子在回到近核轨道之前，可以逗留在一个亚稳定状态，并释放出波长557.7纳米的绿光 在15万～25万米高空，假如电子汲取的能量只够它跃迁至第一激发态，那么氧原子在回到近核轨道的时候会发出波长630纳米的红光不过因为能发出红光的物质比较多，比如氮气受激发也会发出暗红光，所以氧气的红光不如绿光受关注 但在地表旁边，空气密度较大，各种粒子间的距离较小，所以激发的氧原子很快就会撞击到其他分子或原子，以至于额外的能量来不及作为光波放射出去，就在碰撞中干脆消耗掉了这就是我们呼吸的氧气虽然也被太阳的高能射线辐射，却照旧无色的缘由 淡蓝的液氧 现在我们知道，物质一般存在3种状态，即气态、液态和固态那么液氧和固态氧会是什么颜色呢？ 其实人们最起先并不知道气体可以变成液体和固体18世纪末，人们才发觉通过降温柔加压可以使气体液化不过到1845年时，英国科学家迈克尔·法拉第已经能利用冰冻的混合物对加压的气体降温，胜利地把大多数气体变成液体 望见“大多数”想必您已经明白他其实对有些气体无可奈何，氧气便是其中之一。

当时的人们把这样的无法液化的刺儿头称作“永久性气体”，因为他们误以为这些气体只存在气体状态 始终到1877年，第一滴液氧才被法国物理学家凯泰制造出来，打破了永久性气体的说法凯泰发觉液氧和氧气不同，是浅蓝色的，可他却不知道为什么会这样 直到1965年，才由加拿大英属哥伦比亚高校埃尔默教授对此做出具体说明 气态氧无色，是因为氧分子在一般状况下并不会汲取可见光它汲取的是波长1269纳米和760纳米左右的红外线，以及波长小于400纳米的紫外线但氧气被压缩成液体之后，它会汲取可见光，最终呈现出浅蓝色 不过有意思的是，汲取光谱中只有位于690纳米旁边的微弱汲取带是由单个氧分子汲取的其余的强汲取带则是另一种原理——由于液氧中氧分子间的距离微小，单个光子可同时激发位于两个氧气分子中的电子这两个电子或跃迁至同一激发态，或跃迁至两个不同的激发态，从而产生一系列的汲取带 从右下图中我们可以看出，液氧的大部分汲取带位于红光、黄光和绿光区，所以液氧看起来是蓝色的 色调缤纷的固体氧 那么固体氧是什么颜色呢？当液氧的温度降低到-218.8℃时，会出现略带蓝色的立方晶体可这并不是固态氧的唯一存在形式。

事实上，固态氧一共有5种形态，并且每种形态的颜色都不相同这种略带蓝色的立方晶体被称为γ相 假如温度接着降低至-229.3℃，固体氧变成β相：晶体变成菱面体结构；颜色渐渐由淡淡的蓝色变成粉红 温度接着降低至-249.3℃时，固体氧变成单斜晶体结构，其色浅蓝，被称为α相 假如温度保持为室温，而把压强增至90亿帕后，固体氧变成等轴晶体结构，色橙红，被称为δ相 若压强超过101亿帕，固体氧变成ε相，色深红至黑色ε相的固氧又被称为红氧，有成为新型助燃剂的潜力不过它其实是O8，是由4个氧气分子组成的菱形晶体 假如接着加压至960亿帕，固体氧会变成带金属光泽的ζ相此时的固体氧可以称作金属氧，因为它已变成导电体 至于固体氧为何颜色多变，仍旧是一个谜 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页。