PLAZMAÁLLAPOT: JELLEMZŐK, TÍPUSOK ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

A plazmaállapot az anyag aggregálódásának egyik alapvető módja, és ez a legelterjedtebb a megfigyelhető univerzumban. A plazma forró, fényes és erősen ionizált gázból áll, olyan pontig, ahol egyedi tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek megkülönböztetik a gáznemű állapottól, vagy bármilyen más gáztól.

Látjuk a plazmát szétszórtan az éjszakai égbolt csillagain. Mivel a Világegyetemben végtelen számú csillag, köd és más égi entitás található, az anyag legfontosabb állapota. A Földön folyékony, szilárd és gáznemű negyedik állapotnak tekintik.

Plazma lámpa

A Nap a legmegfelelőbb példa arra, hogy hatalmas léptékben értékeljük a plazma tulajdonságait egy természetes környezetben. Másrészt a Földön olyan természeti jelenségek fordulnak elő, amelyekben pillanatnyi plazma jelenik meg, például tűz és villámlás a viharban.

A plazma nemcsak a magas hőmérsékletekkel (millió kelvin fok), hanem a nagy elektromos potenciállal, izzólámpákkal és végtelen elektromos vezetőképességgel is társul.

Plazmajellemzők

A csillagok és a köd plazma a megfigyelhető világegyetem egészét alkotja. Forrás: Pxhere.

Fogalmazás

Az anyag részecskékből (molekulák, atomok, ionok, sejtek stb.) Áll, amelyek a hatékonyságtól és az azokhoz hozzáadott erőktől függően szilárd, folyékony vagy gáz halmazállapotot hoznak létre.

A plazma részecskék pozitív töltésű atomokból állnak, amelyek kationok (+) és elektronok (-). Az anyag plazmatikus állapotában nincs szó a molekulákról.

A kationok és elektronok nagyon magas frekvencián rezegnek, kollektív és nem egyéni viselkedést mutatva. Nem tudnak szétválni vagy mozogni anélkül, hogy a részecskék összessége zavart lenne.

Ez nem történik meg például olyan gázokkal, ahol atomjaik vagy molekuláik, noha egymással ütköznek, minimális, elhanyagolható kölcsönhatásokkal bírnak.

Kiképzés

A plazmaállapot elsősorban akkor alakul ki, amikor egy gáz ionizálódik nagyon magas hőmérsékletnek való kitettségének eredményeként.

Először kezdjük egy jégkocka. Ez szilárd. Hevítéskor a jég folyékony vízbe olvad. Ezután a magasabb hőmérsékleten történő hevítéssel a víz forrni kezd, és gőzként kilép a folyadékból. Eddig az anyag három legismertebb állapota van.

Ha a vízgőzöt sokkal magasabb hőmérsékletre hevítik, akkor kedvező körülmények között eljön az idő, amikor kötéseik megszakadnak, hogy szabad oxigén- és hidrogénatomokat képezzenek. Ezután az atomok annyira hőt vesznek fel, hogy elektronjaik elkezdenek kilőni a környezetbe. Így oxigén- és hidrogénkationok képződtek.

Ezek a kationok végül egy elektronikus felhőbe vannak csomagolva, amelyet a közösség működése és az elektrosztatikus vonzerők adnak hozzá. Azt mondják, hogy plazmát nyertek a vízből.

Ebben az esetben a plazma a hőenergia hatására jött létre. A nagy energiájú sugárzás (gammasugarak), valamint az elektromos potenciál nagy különbségei szintén kiválthatják megjelenésüket.

Quasineutrality

A plazma jellegzetessége, hogy kvazinautális (szinte semleges). Ennek oka az, hogy az atomokból gerjesztett és felszabaduló elektronok száma általában egyenlő a kationok pozitív töltésének nagyságrendjével. Vegyünk például egy gáznemű kalcium-atomot, amely elveszíti egy és két elektronot, hogy képezzék a Ca ⁺ és Ca ²⁺ kationokat:

Ca (g) + energia → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Mivel a globális folyamat:

Ca (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Minden képződött Ca ^{2+ -on} két szabad elektron lesz. Ha tíz Ca ^{2+ van}, akkor húsz elektron lesz, és így tovább. Ugyanez az érvelés vonatkozik a nagyobb töltésű kationokra (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺ stb.). A kalcium-kationok és elektronok vákuumban a plazma részévé válnak.

Fizikai tulajdonságok

A plazma általában forró, izzó, nagyon elektromosan vezető folyékony gáznak tűnik, amely reagál az elektromágneses mezőkre vagy érzékeny azokra. Ilyen módon a plazmák irányíthatók vagy rögzíthetők egy mágneses mező manipulálásával.

A plazma típusai

Részben ionizált

A részlegesen ionizált plazma olyan plazma, amelyben az atomok nem veszítették el valamennyi elektronukat, és lehetnek semleges atomok is. A kalcium példájában ez lehet Ca2 ⁺ kationok, Ca- atomok és elektronok keveréke. Az ilyen típusú plazmát hideg plazmának is nevezik.

Másrészt, a plazmák tartályokban vagy szigetelő eszközökben lehetnek, amelyek megakadályozzák a hő diffúzióját a környezetbe.

Teljesen ionizált

A teljesen ionizált plazma atomjai "meztelenül" vannak, mivel elvesztették minden elektronukat. Ezért a kationok nagy pozitív töltéssel rendelkeznek.

Kalcium esetében ez a plazma Ca ²⁰⁺ kationokból (kalciummagok) és sok nagy energiájú elektronból állna. Az ilyen típusú plazmát forró plazmának is nevezik.

Példák a plazmára

Plazma lámpák és neonfények

A plazmalámpák biztonságos és közeli képet nyújtanak az anyag ezen állapotának viselkedéséről. Forrás: Pxhere.

A plazmalámpák olyan tárgyak, amelyek minden hálószobát kísérteties fényekkel díszítik. Vannak más tárgyak is, ahol szemtanúja lehet a plazma állapotának: a híres neonfényben, amelynek nemesgáztartalmát alacsony nyomáson áramoltatja az elektromos áram.

Sugár

A felhőkből eső sugarak a földi plazma pillanatnyi és hirtelen megnyilvánulása.

Napenergia viharok

Néhány "plazma részecske" képződik bolygónk ionoszférájában a napsugárzás folyamatos bombázása által. A Nap fáklyáiban vagy ostoraiban hatalmas mennyiségű plazma látható.

Aurora borealis

Egy másik, a plazmához kapcsolódó jelenség figyelhető meg a Föld sarkán: az északi fény. Ez a jeges színű tűz emlékezteti bennünket, hogy ugyanaz a láng a konyhánkban a plazma újabb rutin példája.

Elektronikai eszközök

A plazma kisebb részekben is része az elektronikus eszközöknek, például televízióknak és monitoroknak.

Hegesztés és sci-fi

A plazma példáit a hegesztési folyamatokban, a lézersugarakban, a nukleáris robbanásokban és a Csillagok háborújának fényjelzőiből is láthatjuk; és általában véve minden olyan fegyverben, amely pusztító energiaágyúra emlékeztet.

Irodalom

1. Whitten, Davis, Peck és Stanley. (2008). Kémia (8. kiadás). CENGAGE Tanulás.
2. Plazma Tudományos és Fúziós Központ. (2020). Mi a plazma? Helyreállítva: psfc.mit.edu
3. Országos Légköri Kutatási Központ. (2020). Vérplazma. Helyreállítva: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2020. február 11.). Mire használják a plazmat, és miből készül? Helyreállítva: gondolat.com
5. Wikipedia. (2020). Plazma (fizika). Helyreállítva: en.wikipedia.org