STATO DEL PLASMA: CARATTERISTICHE, TIPOLOGIE ED ESEMPI - CHIMICA - 2026

Lo stato del plasma è uno dei modi fondamentali in cui la materia può aggregarsi ed è il più predominante nell'Universo osservabile. Il plasma è costituito da un gas caldo, luminoso e altamente ionizzato, al punto da acquisire proprietà uniche che lo differenziano dallo stato gassoso o da qualsiasi altro gas in particolare.

Vediamo il plasma sparso nelle stelle dei cieli notturni. Poiché esiste un numero infinito di stelle nell'Universo, così come nebulose e altre entità celesti, è considerato lo stato della materia più importante. Sulla Terra è considerato il quarto stato, dopo liquido, solido e gassoso.

Lampada al plasma

Il Sole è l'esempio più vicino in cui possiamo apprezzare le caratteristiche del plasma in un ambiente naturale su scale massicce. D'altra parte, sulla Terra si verificano fenomeni naturali in cui viene attivata un'apparizione momentanea di plasma, come fuoco e fulmini durante le tempeste.

Il plasma non è solo associato ad alte temperature (milioni di gradi kelvin), ma anche a grandi potenziali elettrici, con luci incandescenti e con conducibilità elettrica infinita.

Caratteristiche del plasma

Il plasma di stelle e nebulose costituisce praticamente la totalità dell'Universo osservabile. Fonte: Pxhere.

Composizione

La materia è composta da particelle (molecole, atomi, ioni, cellule, ecc.), Che, a seconda dell'efficacia e delle forze con cui vengono aggiunte, stabiliscono uno stato solido, liquido o gassoso.

Le particelle di plasma sono costituite da atomi caricati positivamente, meglio noti come cationi (+) ed elettroni (-). Nello stato plasmatico della materia non si parla di molecole.

I cationi e gli elettroni vibrano a frequenze molto alte mostrando un comportamento collettivo e non individuale. Non possono separarsi o muoversi senza che l'intero insieme di particelle venga disturbato.

Ciò non accade ad esempio con i gas, dove i loro atomi o molecole, sebbene entrino in collisione tra loro, hanno interazioni minime e trascurabili.

Formazione

Lo stato del plasma si forma principalmente quando un gas ionizza a causa della sua esposizione a temperature molto elevate.

Cominciamo prima con un cubetto di ghiaccio. Questo è un solido. Se riscaldato, il ghiaccio si scioglierà in acqua liquida. Quindi, riscaldando a temperature più elevate, l'acqua inizierà a bollire e fuoriuscirà dal liquido sotto forma di vapore, che è un gas. Finora abbiamo i tre stati della materia più noti.

Se il vapore acqueo viene riscaldato a una temperatura molto più alta, in condizioni favorevoli arriverà un momento in cui i loro legami si spezzeranno per formare ossigeno libero e atomi di idrogeno. Quindi gli atomi assorbono così tanto calore che i loro elettroni iniziano a sparare nell'ambiente circostante. Pertanto, si sono formati cationi ossigeno e idrogeno.

Questi cationi finiscono avvolti in una nuvola di elettroni, aggiunti dall'azione della comunità e dalle attrazioni elettrostatiche. Si dice quindi che dall'acqua sia stato ottenuto un plasma.

In questo caso, il plasma è stato formato dall'azione dell'energia termica. Tuttavia, anche le radiazioni altamente energetiche (raggi gamma), così come grandi differenze nei potenziali elettrici, possono indurre il loro aspetto.

Quasineutrality

Il plasma ha la caratteristica di essere quasi neutro (quasi neutro). Questo perché il numero di elettroni eccitati e rilasciati dagli atomi tende ad essere uguale all'entità delle cariche positive dei cationi. Ad esempio, si consideri un atomo di calcio gassoso che perde uno e due elettroni per formare rispettivamente i cationi Ca ⁺ e Ca ²⁺ :

Ca (g) + Energia → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energia → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Essendo il processo globale:

Ca (g) + Energia → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Per ogni Ca ²⁺ che si forma ci saranno due elettroni liberi. Se ci sono dieci Ca ²⁺ , allora saranno venti elettroni e così via. Lo stesso ragionamento vale per i cationi con magnitudini di carica più elevate (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ , ecc.). I cationi di calcio ei loro elettroni diventano parte di un plasma nel vuoto.

Proprietà fisiche

Il plasma generalmente sembra essere un gas liquido caldo, incandescente, altamente conduttivo elettricamente che risponde o è suscettibile ai campi elettromagnetici. In questo modo, i plasmi possono essere controllati o bloccati manipolando un campo magnetico.

Tipi di plasma

Parzialmente ionizzato

Un plasma parzialmente ionizzato è quello in cui gli atomi non hanno perso tutti i loro elettroni e potrebbero anche esserci atomi neutri. Nell'esempio del calcio potrebbe essere una miscela di cationi Ca ²⁺ , atomi di Ca ed elettroni. Questo tipo di plasma è anche noto come plasma freddo.

I plasmi possono invece essere contenuti in contenitori o mezzi isolanti che impediscono la diffusione del calore nell'ambiente circostante.

Completamente ionizzato

Un plasma completamente ionizzato è quello in cui i suoi atomi sono "nudi", poiché hanno perso tutti i loro elettroni. Pertanto, i suoi cationi hanno grandi magnitudini di carica positiva.

Nel caso del calcio, questo plasma sarebbe composto da Ca ²⁰⁺ cationi (nuclei di calcio) e molti elettroni ad alta energia. Questo tipo di plasma è anche noto come plasma caldo.

Esempi di plasma

Lampade al plasma e luci al neon

Le lampade al plasma offrono una visione sicura e ravvicinata di come si comporta questo stato della materia. Fonte: Pxhere.

Le lampade al plasma sono artefatti che adornano qualsiasi camera da letto con luci spettrali. Tuttavia, ci sono altri oggetti in cui possiamo assistere allo stato del plasma: nelle famose luci al neon, il cui contenuto di gas nobile è eccitato dal passaggio di una corrente elettrica a basse pressioni.

raggio

I raggi che cadono dalle nuvole sono una manifestazione momentanea e improvvisa del plasma terrestre.

Tempeste solari

Alcune "particelle di plasma" si formano nella ionosfera del nostro pianeta dal costante bombardamento della radiazione solare. Nei bagliori o nelle fruste del Sole vediamo enormi quantità di plasma.

Aurora boreale

Un altro fenomeno legato al plasma si osserva ai poli terrestri: l'aurora boreale. Quel fuoco dai colori gelidi ci ricorda che le stesse fiamme nelle nostre cucine sono un altro esempio di plasma di routine.

Dispositivi elettronici

Il plasma fa anche parte, in proporzioni minori, di dispositivi elettronici come televisori e monitor.

Saldatura e fantascienza

Esempi di plasma si vedono anche nei processi di saldatura, nei raggi laser, nelle esplosioni nucleari, nelle spade laser di Star Wars; e in generale, in qualsiasi arma che assomigli a un cannone a energia distruttiva.

Riferimenti

1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chimica (8 ° ed.). CENGAGE Apprendimento.
2. Plasma Science and Fusion Center. (2020). Cos'è il plasma? Recupero da: psfc.mit.edu
3. Centro nazionale per la ricerca atmosferica. (2020). Plasma. Recupero da: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 febbraio 2020). A cosa serve il plasma e di cosa è composto? Estratto da: thoughtco.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (fisica). Estratto da: en.wikipedia.org