STARE PLASMATICĂ: CARACTERISTICI, TIPURI ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Starea plasmatică este una dintre modalitățile fundamentale în care materia se poate aglomera și este cea mai predominantă în Universul observabil. Plasma constă dintr-un gaz fierbinte, luminos și puternic ionizat, până la un punct în care capătă proprietăți unice care îl diferențiază de starea gazoasă sau în orice alt gaz în special.

Vedem plasma împrăștiată în stelele cerului nopții. Deoarece există un număr nesfârșit de stele în Univers, precum și nebuloase și alte entități cerești, aceasta este considerată cea mai importantă stare a materiei. Pe Pământ este considerat a patra stare, după lichid, solid și gazos.

Lampa cu plasmă

Soarele este cel mai apropiat exemplu în care putem aprecia caracteristicile plasmei într-un mediu natural la scară masivă. Pe de altă parte, pe Pământ apar fenomene naturale în care se declanșează o apariție momentană a plasmei, cum ar fi focul și fulgerul în furtuni.

Plasma nu este asociată numai cu temperaturi ridicate (milioane de grade kelvin), ci și cu potențiale electrice mari, cu lumini incandescente și cu o conductivitate electrică infinită.

Caracteristicile plasmatice

Plasma stelelor și a nebuloaselor constituie practic întreaga Universitate observabilă. Sursa: Pxhere.

Compoziţie

Materia este compusă din particule (molecule, atomi, ioni, celule etc.), care, în funcție de eficacitate și forțele cu care sunt adăugate, stabilesc o stare solidă, lichidă sau gazoasă.

Particulele plasmatice constau din atomi încărcați pozitiv, mai bine cunoscuți ca cationi (+) și electroni (-). În starea plasmatică a materiei nu se vorbește de molecule.

Cationii și electronii vibrează la frecvențe foarte înalte, prezentând un comportament colectiv și nu individual. Acestea nu se pot separa sau deplasa fără ca întregul set de particule să fie perturbat.

Acest lucru nu se întâmplă de exemplu cu gazele, în care atomii sau moleculele lor, deși se ciocnesc între ei, au interacțiuni minime, neglijabile.

Instruire

Starea plasmatică se formează în principal atunci când un gaz ionizează ca urmare a expunerii sale la temperaturi foarte ridicate.

Să începem mai întâi cu un cub de gheață. Acesta este un solid. Dacă este încălzită, gheața se va topi în apă lichidă. Apoi, prin încălzirea la temperaturi mai ridicate, apa va începe să fiarbă și să scape de lichid sub formă de vapori, care este un gaz. Până în prezent avem cele mai cunoscute trei stări ale materiei.

Dacă vaporii de apă sunt încălziți la o temperatură mult mai ridicată, în condiții favorabile va veni un moment în care legăturile lor se vor rupe pentru a forma atomi liberi de oxigen și hidrogen. Apoi atomii absorb atât de multă căldură încât electronii lor încep să tragă în împrejurimi. Astfel, s-au format cationi de oxigen și hidrogen.

Acești cationi sfârșesc înfășurați într-un nor de electroni, adăugați de acțiunea comunității și de atracțiile electrostatice. Se spune apoi că s-a obținut o plasmă din apă.

În acest caz, plasma a fost formată prin acțiunea energiei termice. Cu toate acestea, radiațiile puternic energetice (raze gamma), precum și diferențele mari în potențialele electrice pot induce și aspectul lor.

Quasineutrality

Plasma are caracteristica de a fi quasineutral (aproape neutru). Acest lucru se datorează faptului că numărul de electroni excitați și eliberați din atomi tinde să fie egal cu mărimile sarcinilor pozitive ale cationilor. De exemplu, ia în considerare un atom gazos de calciu care pierde unul și doi electroni pentru a forma cationii Ca ⁺ și respectiv Ca ²⁺ :

Ca (g) + Energie → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energie → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Fiind procesul global:

Ca (g) + Energie → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Pentru fiecare Ca2 ⁺ care este format, vor exista doi electroni liberi. Dacă sunt zece Ca2 ⁺ , atunci vor fi douăzeci de electroni și așa mai departe. Același raționament se aplică și pentru cationii cu magnitudini de încărcare mai mari (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ etc.). Cationii de calciu și electronii lor devin parte dintr-o plasmă în vid.

Proprietăți fizice

Plasma pare, în general, a fi un gaz lichid cald, strălucitor, puternic conducător electric, care răspunde sau este susceptibilă la câmpuri electromagnetice. În acest fel, plasmele pot fi controlate sau închise prin manipularea unui câmp magnetic.

Tipuri de plasmă

Parțial ionizat

O plasmă parțial ionizată este una în care atomii nu și-au pierdut toți electronii și chiar pot exista atomi neutri. În exemplul de calciu ar putea fi un amestec de cationi Ca ²⁺ , atomi de Ca și electroni. Acest tip de plasmă este cunoscut și sub denumirea de plasmă rece.

Pe de altă parte, plasmele pot fi conținute în containere sau mijloace izolatoare care împiedică difuzarea căldurii în împrejurimi.

Complet ionizat

O plasmă complet ionizată este una în care atomii săi sunt „goi”, deoarece și-au pierdut toți electronii. Prin urmare, cationii săi au magnitudini mari de încărcare pozitivă.

În cazul calciului, această plasmă ar fi compusă din cationi Ca ²⁰⁺ (nuclee de calciu) și mulți electroni cu energie mare. Acest tip de plasmă este cunoscut și sub denumirea de plasmă fierbinte.

Exemple de plasmă

Lămpi cu plasmă și lumini neon

Lămpile cu plasmă oferă o vedere sigură și atentă a modului în care se comportă această stare a materiei. Sursa: Pxhere.

Lămpile cu plasmă sunt artefacte care împodobesc orice dormitor cu lumini fantomate. Cu toate acestea, există și alte obiecte în care putem asista la starea plasmei: în faimoasele lumini de neon, al căror conținut nobil de gaz este excitat de trecerea unui curent electric la presiuni scăzute.

rază

Razele care cad din nori reprezintă o manifestare momentană și bruscă a plasmei terestre.

Furtuni solare

Unele „particule plasmatice” se formează în ionosfera planetei noastre prin bombardarea constantă a radiațiilor solare. În lumini sau bici ale Soarelui vedem cantități uriașe de plasmă.

Aurora boreala

Un alt fenomen legat de plasmă este observat la stâlpii Pământului: luminile nordice. Acest foc cu culori înghețate ne amintește că aceleași flăcări din bucătăriile noastre sunt un alt exemplu de rutină al plasmei.

Dispozitive electronice

Plasma face parte, de asemenea, în proporții mai mici, de dispozitive electronice, cum ar fi televizoare și monitoare.

Sudarea și ficțiunea științifică

Exemple de plasmă se văd și în procesele de sudare, în fascicule laser, în explozii nucleare, în lămpi cu lumini Star Wars; și, în general, în orice armă care seamănă cu un tun energetic distructiv.

Referințe

1. Whitten, Davis, Peck și Stanley. (2008). Chimie (Ediția a VIII-a). CENGAGE Învățare.
2. Centrul de Știință și Fuzie cu plasmă (2020). Ce este plasma? Recuperat din: psfc.mit.edu
3. Centrul Național de Cercetări Atmosferice. (2020). Plasma. Recuperat din: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (11 februarie 2020). Pentru ce se folosește plasma și pentru ce este făcută? Recuperat de la: thinkco.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (fizica). Recuperat de la: en.wikipedia.org