Definiția plasmei (starea materiei, fizică și chimie)

Angel Zamora Ramirez
Licenta in fizica

Plasma este un fluid gazos în care o fracțiune din acesta este ionizată, adică are a cantitate considerabilă de ioni și electroni liberi, constituind a patra stare de agregare a subiect.

Solid, lichid și gaz... Poate că cei mai mulți dintre noi sunt familiarizați cu aceste trei stări ale materie, totuși, există o a patra stare de agregare care decurge din starea gazoasă și prin care trecem adesea înalt. Este vorba despre plasmă, un gaz ionizat pe care îl putem găsi în stele, ecrane cu plasmă, foc etc.

Plasma ca stare de agregare

Când materia este în stare solidă, atomii sau moleculele ei sunt supuși unor forțe de coeziune între ele și formează structuri definite. Dacă modificăm temperatura sau presiunea unui solid în așa fel încât moleculele acestuia incep sa se miste mai mult, eventual scad fortele intermoleculare si mergem la stare lichid.

În stare lichidă, forțele de coeziune dintre molecule sunt mai mici decât în ​​stare solidă. Materia în stare lichidă are o structură mai puțin organizată și, prin urmare, nu are un volum definit. Ca și în cazul precedent, dacă modificăm temperatura sau presiunea lichidului îl putem face să treacă în stare gazoasă.

Într-un gaz, forțele intermoleculare sunt foarte mici și în unele cazuri practic nule. Gazele sunt considerate fluide în care moleculele care le compun se mișcă liber. Prin creșterea temperaturii sau presiunii unui gaz, se generează mai multă mișcare a moleculelor care îl compun și crește și numărul de ciocniri. Aceste ciocniri pot face ca electronii anumitor atomi să se elibereze de orbitalii lor și să se elibereze.

În acest moment se generează o plasmă, un gaz ionizat cu o anumită cantitate de cationi (ioni pozitivi) și electroni liberi. Sarcinile electrice libere fac plasmele excelente conductoare electrice și, de asemenea, răspund la câmpurile electromagnetice.

S-ar putea spune că această nouă stare a materiei a fost studiată pentru prima dată de William Crookes în experimentele sale cu raze catodice în anii 1880. Cu toate acestea, fizicianul Irving Langmuir a fost cel care în 1928 a inventat termenul „plasmă” pentru a se referi la acest gaz ionizat care mai târziu va fi considerat o altă stare a materiei.

Plasma pe Pământ și în Univers

Plasma este considerată cea mai abundentă stare de agregare a materiei. Aproape 99% din materia barionică pe care o putem observa în Univers se află în stare plasmatică.

Acest lucru în mod clar nu se aplică planetei noastre, deoarece cea mai mare parte a materiei pe care le observăm aici se află în celelalte trei stări de agregare. Cu toate acestea, există anumite locuri sau fenomene în care putem observa materia în stare plasmatică. Fulgerele pe care le putem observa în timpul unei furtuni rezultă din ionizarea gazelor din atmosferă. Ionosfera, care este stratul ionizat al atmosferei datorită radiației solare, este, de asemenea, o plasmă, la fel ca și aurore polare care pot fi observate ca urmare a interacțiunii dintre câmpul magnetic al pământului și vânturile solar.

În Univers putem găsi plasmă aproape peste tot. Stelele înseși sunt sfere mari de plasmă rezultate din reacțiile termonucleare care au loc în nucleele lor. În plus, căldura generată de stele ionizează și mediul gazos care le înconjoară, în termeni generali putem spune că și mediul interstelar este o plasmă. De asemenea, stelele au tendința de a expulza jeturi mari de particule încărcate pe care le numim „vânturi solare” și care sunt materie în stare plasmatică. Multe dintre nebuloasele care pot fi văzute în diferite locuri din Univers nu sunt altceva decât gaz ionizat care înconjoară una sau mai multe stele.

În ziua noastră putem găsi și câteva exemple de utilizare tehnologică pe care o are plasma. Afișajele cu plasmă, după cum sugerează și numele, folosesc compartimente pline cu gaze nobile care ionizează și emit lumină. De asemenea, putem găsi plasmă în tuburi fluorescente, lumini de neon și lămpi cu plasmă care sunt folosite în scopuri decorative.

O a cincea stare a materiei?

Experimentele recente efectuate în condiții extreme au reușit să obțină ceea ce mulți consideră a cincea stare de agregare a materiei. Aceasta este Plasma Quark-Gluon, un tip de plasmă alcătuită din quarci liberi și gluoni.

Quarcii și gluonii sunt elementele de bază ale protonilor și neutronilor care formează nucleele atomice. Plasma de cuarci și gluoni se obține în acceleratoarele de particule atunci când nucleele grele de plumb sau aur se ciocnesc. Ciocnirea dintre nuclei generează suficientă temperatură astfel încât pentru câteva momente quarcii și gluonii să fie liberi și să se formeze plasma.

Studierea plasmei cuarcilor și gluonilor este deosebit de relevantă deoarece în primele momente după Big Bang și înainte de formarea primilor atomi, se crede că materia existentă se afla în aceasta stat.