ออกซิเจนแข็งคือสถานะของแข็งของออกซิเจนในรูปน้ำแข็ง มันก่อตัวขึ้นที่อุณหภูมิต่ำกว่า 54.36 เคลวิน (−218.79 องศาเซลเซียส; −361.82 องศาฟาเรนไฮต์) ที่ความดันบรรยากาศ มาตรฐาน ออกซิเจนแข็งO₂ เช่นเดียวกับออกซิเจนเหลวเป็นสารใสที่มี สี ฟ้าอ่อนคล้ายสีท้องฟ้าเกิดจากการดูดกลืนแสงในช่วงสีแดงของสเปกตรัมแสงที่มองเห็น _ได้

โมเลกุลออกซิเจนมีความสัมพันธ์ระหว่างการทำให้เป็นแม่เหล็กของโมเลกุลกับโครงสร้างผลึกโครงสร้างอิเล็กตรอนและสภาพนำยิ่งยวด ออกซิเจนเป็น โมเลกุลไดอะตอมิกอย่างง่ายเพียงโมเลกุลเดียว(และเป็นหนึ่งในโมเลกุลไม่กี่โมเลกุลโดยทั่วไป) ที่มีโมเมนต์แม่เหล็ก^{[ 1 ]}สิ่งนี้ทำให้ออกซิเจนแข็งมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ เนื่องจากถือว่าเป็นผลึก ที่ "ควบคุมด้วยสปิน" ^{[ 1 ]}ซึ่งแสดง ลำดับแม่เหล็ก แอนติเฟอร์โรแมกเนติกในเฟสอุณหภูมิต่ำ คุณสมบัติทางแม่เหล็กของออกซิเจนได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวาง^{[ 2 ]}ที่ความดันสูงมาก ออกซิเจนแข็งจะเปลี่ยนจาก สถานะ ฉนวนเป็นสถานะโลหะ^{[ 3 ]}และที่อุณหภูมิต่ำมาก มันจะเปลี่ยนไปเป็นสถานะนำยิ่งยวด [ ^{4 ] การ}ตรวจสอบโครงสร้างของออกซิเจนแข็งเริ่มต้นขึ้นในช่วงทศวรรษ 1920 และในปัจจุบันมีการกำหนด เฟสผลึกวิทยา ที่แตกต่างกันหกเฟสอย่างชัดเจน

ความหนาแน่นของออกซิเจนแข็งมีค่าตั้งแต่ 21 cm³ ^/ mol ในเฟส α ถึง 23.5 cm³ ^/ mol ในเฟส γ ^{[ 5 ]}

เป็นที่ทราบกันว่าออกซิเจนแข็งมี6 เฟส ที่แตกต่างกัน: ^{[ 1 ] [ 6 ]}

1. เฟส α: สีฟ้าอ่อน  – เกิดขึ้นที่ความดัน 1 บรรยากาศ อุณหภูมิต่ำกว่า 23.8 เคลวินโครงสร้างผลึกแบบโมโนคลินิกกลุ่มพื้นที่C 2/ m (หมายเลข 12)
2. เฟส β: สีฟ้าอ่อนถึงชมพู  – เกิดขึ้นที่ความดัน 1 บรรยากาศ ต่ำกว่า 43.8 เคลวิน โครงสร้างผลึกแบบรอมโบฮีดรัล กลุ่มพื้นที่R 3 m (หมายเลข 166) ที่อุณหภูมิห้องและความดันสูง จะเริ่มเปลี่ยนไปเป็นเตตระออกซิเจน
3. เฟส γ: สีฟ้าอ่อน  – เกิดขึ้นที่ 1 atm ต่ำกว่า 54.36 K โครงสร้างผลึกทรงลูกบาศก์Pm 3 n (หมายเลข 223) ^{[ 7 ] [ 8 ]}
4. เฟส δ: สีส้ม  – เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง ณ ความดัน9 GPa
5. เฟส ε: สีแดงเข้มถึงดำ  – เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้องที่ความดันมากกว่า 10 GPa
6. เฟส ζ: โลหะ  – เกิดขึ้นที่ความดันมากกว่า96 GPa

พบว่าออกซิเจนจะแข็งตัวเป็นสถานะที่เรียกว่าเฟส β ที่อุณหภูมิห้องโดยการใช้แรงดัน และเมื่อเพิ่มแรงดันขึ้นอีก เฟส β จะเกิดการเปลี่ยนเฟสเป็นเฟส δ ที่ 9 GPa และเฟส ε ที่ 10 GPa และเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลสีของเฟส β จะเปลี่ยนเป็นสีชมพู สีส้ม จากนั้นเป็นสีแดง (เฟสออกตาออกซิเจนที่เสถียร) และสีแดงจะเข้มขึ้นเป็นสีดำเมื่อเพิ่มแรงดันขึ้นอีก พบว่าเฟส ζ ที่เป็นโลหะปรากฏขึ้นที่ 96 GPa เมื่อออกซิเจนเฟส ε ถูกอัดต่อไปอีก^{[ 6 ]}

เมื่อความดันของออกซิเจนที่อุณหภูมิห้องเพิ่มขึ้นถึง 10 กิกะปาสคาล (1,500,000 psi) มันจะเกิดการเปลี่ยนสถานะ อย่างรวดเร็ว ปริมาตรของมันลดลงอย่างมาก^{[ 9 ]}และสีเปลี่ยนจากสีฟ้าอ่อนเป็นสีแดงเข้ม^{[ 10 ]}อย่างไรก็ตาม นี่เป็นแอลโลโทรปที่แตกต่างกันของออกซิเจนO₈ไม่ใช่เพียงแค่เฟสผลึกที่แตกต่างกันของ_O2เท่านั้น

แบบจำลองลูกบอลและแท่งของ O 8	ส่วนหนึ่งของโครงสร้างผลึกของ ε-ออกซิเจน

เฟส ζ ปรากฏขึ้นที่ 96 GPa เมื่อออกซิเจนเฟส ε ถูกอัดเพิ่มเติม^{[ 9 ]}เฟสนี้ถูกค้นพบในปี 1990 โดยการอัดออกซิเจนให้ถึง 132 GPa ^{[ 3 ]}เฟส ζ ที่มีคลัสเตอร์โลหะ^{[ 11 ]}แสดงคุณสมบัติการนำยิ่งยวดที่ความดันมากกว่า 100 GPa และอุณหภูมิต่ำกว่า 0.6 K ^{[ 4 ] [ 6 ]}