Definição de Plasma (Estado da Matéria, Física e Química)

Ángel Zamora Ramirez
Graduação em física

O plasma é um fluido gasoso no qual uma fração dele está ionizada, ou seja, tem uma quantidade considerável de íons e elétrons livres, constituindo o quarto estado de agregação do assunto.

Sólido, líquido e gasoso... Talvez a maioria de nós esteja familiarizado com esses três estados do matéria, porém, existe um quarto estado de agregação que decorre do estado gasoso e pelo qual frequentemente passamos alto. Trata-se do plasma, um gás ionizado que podemos encontrar nas estrelas, ecrãs de plasma, fogo, etc.

Plasma como um estado de agregação

Quando a matéria está no estado sólido, seus átomos ou moléculas estão sujeitos a forças coesivas entre eles e formam estruturas definidas. Se alterarmos a temperatura ou a pressão de um sólido de tal forma que suas moléculas eles começam a se mover mais, eventualmente as forças intermoleculares diminuem e vamos para o estado líquido.

No estado líquido, as forças coesivas entre as moléculas são menores do que no estado sólido. A matéria em estado líquido tem uma estrutura menos organizada e, portanto, não possui um volume definido. Como no caso anterior, se modificarmos a temperatura ou a pressão do líquido podemos fazê-lo passar para o estado gasoso.

Em um gás, as forças intermoleculares são muito pequenas e, em alguns casos, praticamente nulas. Os gases são considerados fluidos nos quais as moléculas que os compõem se movem livremente. Ao aumentar a temperatura ou a pressão de um gás, gera-se mais movimento das moléculas que o compõem e o número de colisões também aumenta. Essas colisões podem fazer com que os elétrons de certos átomos se libertem de seus orbitais e fiquem livres.

É neste ponto que é gerado um plasma, um gás ionizado com certa quantidade de cátions (íons positivos) e elétrons livres. Cargas elétricas livres tornam os plasmas excelentes condutores elétricos e também respondem a campos eletromagnéticos.

Pode-se dizer que esse novo estado da matéria foi estudado pela primeira vez por William Crookes em seus experimentos com raios catódicos na década de 1880. No entanto, foi o físico Irving Langmuir quem, em 1928, cunhou o termo "plasma" para se referir a esse gás ionizado que mais tarde seria considerado outro estado da matéria.

Plasma na Terra e no Universo

O plasma é considerado o estado mais abundante de agregação da matéria. Quase 99% da matéria bariônica que podemos observar no Universo está no estado plasmático.

Isso claramente não se aplica ao nosso planeta, já que a maior parte da matéria que observamos aqui está nos outros três estados de agregação. No entanto, existem certos lugares ou fenômenos onde podemos observar a matéria no estado plasmático. Os raios que podemos observar durante uma tempestade resultam da ionização do gás na atmosfera. A ionosfera, que é a camada ionizada da atmosfera devido à radiação solar, também é um plasma, assim como os auroras polares que podem ser observadas como resultado da interação entre o campo magnético da Terra e os ventos solar.

No Universo podemos encontrar plasma em quase todos os lugares. As próprias estrelas são grandes esferas de plasma resultantes de reações termonucleares que ocorrem em seus núcleos. Além disso, o calor gerado pelas estrelas também ioniza o meio gasoso que as envolve, em termos gerais podemos dizer que o meio interestelar também é um plasma. Além disso, as estrelas tendem a expelir grandes jatos de partículas carregadas que chamamos de "ventos solares" e que são matéria no estado plasmático. Muitas das nebulosas que podem ser observadas em vários locais do Universo nada mais são do que gás ionizado que envolve uma ou mais estrelas.

No nosso dia a dia podemos também encontrar vários exemplos da utilização tecnológica que o plasma tem. Os monitores de plasma, como o nome sugere, utilizam compartimentos preenchidos com gases nobres que se ionizam e emitem luz. Também podemos encontrar plasma em lâmpadas fluorescentes, luzes de néon e lâmpadas de plasma que são usadas para fins decorativos.

Um quinto estado da matéria?

Experimentos recentes realizados em condições extremas conseguiram obter o que muitos consideram o quinto estado de agregação da matéria. Trata-se do Plasma Quark-Gluon, um tipo de plasma formado por quarks e glúons livres.

Quarks e glúons são os blocos de construção dos prótons e nêutrons que compõem os núcleos atômicos. O plasma de quarks e glúons é obtido em aceleradores de partículas quando núcleos pesados ​​de chumbo ou ouro colidem. A colisão entre os núcleos gera temperatura suficiente para que por alguns instantes os quarks e glúons fiquem livres e o plasma seja formado.

Estudar o plasma de quarks e glúons é especialmente relevante porque nos primeiros momentos após o Big Bang e antes da formação dos primeiros átomos, acredita-se que a matéria existente estava neste estado.