元素生命图鉴（元素家族连载58）

封面图是什么？蓝色，如同宽广的海洋，又有如高远的天空。其实，这就是液氧。

上一篇我们提到，氧气是一种氧化剂，而液氧中氧分子的密度要高得多，因此是强氧化剂。除了和氧气一样的一般用途以外，液氧最主要是用于液体火箭推进剂。

和很多高精尖科技一样，火箭技术也是来源于军事应用：导弹。导弹发展史上的重要人物是又一个德国人：冯*布劳恩。

【"导弹之父"：冯*布劳恩。】

1925年的一个晚上，柏林使馆区宁静而祥和，突然，一阵尖锐的爆炸声打破了夜空的寂静。警察出动，抓住了一个，用6根特大爆竹绑在自己的滑板车上，企图让自己飞速滑行的13岁小男孩。这个小男孩就是冯*布劳恩，他从小就对天文、火箭感兴趣，而且特别有实践精神。受奥伯特著名的《通向航天之路》一书影响，冯*布劳恩从小就有了航天之梦。后来，布劳恩在苏黎世高等技术学校就读时，参加了奥伯特创建的德国空间旅行学会，并很快成为其董事会成员。1930年，布劳恩进入柏林大学，成为奥伯特的学生。

奥伯特，现代航天学的奠基人之一，他的《通向航天之路》不仅影响了冯*布劳恩，还点燃了"中国航天之父"钱学森先生的航天之梦。

1937年，布劳恩进入佩内明德大型火箭试验基地，并任技术部主任，领导火箭的研制。当时，纳粹德国已经开始在欧洲左冲右突，发动了第二次世界大战，布劳恩领导的火箭试验基地作为秘密武器，被视为重点项目。

在布劳恩的带领下，这个团队研制出了从A-1到A-5一系列的火箭。最终用酒精作为燃料，液氧作为推进剂的A-4火箭方案得到了认可，并于1942年正式研发成功开始量产，后被戈培尔命名为V-2火箭，意为"复仇之神"。

1944年，二战已经进入收官阶段，困兽犹斗的纳粹终于使出了这一秘密武器，从欧洲西岸隔海轰炸英国。从1944年6月13日到1945年3月的短短十个月期间，德军共发射了15000枚V-1火箭与3000枚V-2火箭，造成英国31000人丧生。

【德国佩内明德火箭博物馆，V-2火箭的复制品。】

二战结束，纳粹战败，冯*布劳恩并没有作为战犯遭到审判，而是作为"头脑财富"被美国招安。

1956年他任美国陆军弹道导弹局发展处处长。在他的领导下先后研制成功各种火箭。1958年1月31日，用他设计的"丘比特"C火箭成功发射了美国第一颗人造地球卫星"探险者"1号。

1969年7月，他领导设计的世界上最大的火箭："土星五号"第一次把人类送上了月球，这枚"土星五号"的发动机分为三级，第一级的燃料是高纯度煤油，第二和第三级的燃料是液氢，但是每一级的推进剂都是液氧。

1969年，7月16日，就是这枚人类历史上自重最大的火箭：土星五号，将人类第一次送上了月球。

1955年，我国伟大科学家钱学森归国，在此之后，他领导的团队给我们的祖国留下了两样神器："长征"系列火箭和"东风"弹道导弹。前者成为我国空间探索的重要武器，后者则堪称我国的"护国之盾"！

我国的长征三号甲运载火箭的三子级以液氢为燃料，液氧为推进剂，自1994年2月8日首次发射至今，成功率为100%。2007年6月被中国航天科技集团公司授予"金牌火箭"称号。

核武器的威力毋容置疑，如果装载在各种制导武器上，则可以将它投射到远处的敌国，进行战略打击。核武配上洲际导弹，就是如虎添翼的"洲际弹道导弹"：ICBM（intercontinentalballistic missile），人类截至现在最牛逼的武器，没有之一。

最早的弹道导弹使用的推进剂是液氧加煤油或液氢，我国最早的东风-1和东风-2就是液氧加酒精。虽然无毒害，但其缺点也很明显：液氧必须在低温下保存，使用时灌装到导弹内，整个过程需要两小时左右，明显不符合战略核武器对反击速度的要求。

苏联与之后的俄罗斯选择了偏二甲肼和四氧化二氮，这种类型的燃料可以在常温下保存和使用，但因其剧毒而被称为"毒弹"。而美国则选择了固体燃料的路线，一并解决了剧毒和速度慢的问题。

中国也快速跟进，从东风-3到东风-5，都使用了偏二甲肼和四氧化二氮，而更新式的ICBM则开始采用固体燃料，液氧推进剂就这样退出了ICBM的历史舞台。

1962年春，第一枚东风－2制造出厂，这枚导弹采用液氧酒精。在之后的4年中，东风－2不断改进，终于定型并列装，成为中国战略导弹部队装备的第一种地地（核）导弹。中国人民解放军战略导弹部队于1966年7月1日在北京正式成立，周恩来总理亲自命名为"第二炮兵"，这就是我们的"中华神盾"！

东风-31洲际弹道导弹在阅兵仪式中穿过长安街，这种新式战略核武器已经采用固体火箭发动机，具有更强的战略反击能力！

说完了火箭和导弹，其实液氧还有一个很神奇的特征--磁性。

这是什么原因呢？

原来物质的磁性来自于电子的自旋，当分子里的电子都已经配对，没有未成对的单电子，就是反磁性物质。而当分子里有未成对的单电子，则在磁场中能顺着磁场方向产生磁矩，这种物质被称为顺磁性物质。

氧原子中有8个电子，2个在内层，6个在外层，两个氧原子组成氧分子后，每个氧原子的一对孤对电子不参与成键，然后各出一个电子"头碰头"组成一个σ键，另外各出三个电子"肩并肩"组成一个π键，在这个π键中，有两对成对电子，还有两个未成对的单电子，它们的自旋平行，因而液氧带有磁性。

【你以为的氧分子是不是这样的？】

【但实际上是这样的，初中化学害死人啊。】

【分子轨道理论也对液氧的顺磁性做出了非常好的解释！】

因为液氧的磁性，1926年，刘易斯曾经猜测，液氧中会含有O4分子。现在看起来他是错了，但是又不是全错。原来液氧中O2分子因为自旋的"方向"而分成两种，你可以认为一种是正向，另一种反向。这两种O2分子因为相反的自旋而喜欢成对的聚集在一起，形成了短暂的O4分子。

在常压下，将温度冷却到-183度，氧气就液化成这种蓝色液体，继续冷却到-219度，就变成了淡蓝色的固体。而这仅仅是固态氧的一种，在室温下，将压力提升到一万个大气压，氧竟然会变成深红色，这就是"红氧"，科学家们推想可能红氧中含有O4分子，后来的研究表明，红氧不是O4，而是O8。其实也不能算完全的O8分子，而是由四个氧分子O2组成的菱形的O8原子簇。

【红氧！】

【红氧分子模型，4个O2分子组成一个菱形分子簇。】

固态的氧总共有6种形态，除了淡蓝色、红色还有粉红色，暗蓝色，橙色。而且，将氧气加压到十万个大气压的时候，和金属氢一样，就变成了金属态的氧。这些东东都不太常见我们就不多说了。

所有以上的这些形态都是氧的"同素异形体"，我们还没讲到氧的最有名的一种同素异形体，大家一定想到了，就是臭氧，下一集我们继续！

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