PLASMATILSTAND: KARAKTERISTIKA, TYPER OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den plasma tilstand er en af de grundlæggende måder, hvorpå stof kan aggregere, og det er den mest fremherskende i det observerbare univers. Plasma består af en varm, lys og stærkt ioniseret gas, til et punkt, hvor det får unikke egenskaber, der adskiller det fra gasformen tilstand eller enhver anden gas især.

Vi ser plasmaet spredt i stjernene i natthimmelen. Da der er et uendeligt antal stjerner i universet såvel som tåger og andre himmelske enheder, betragtes det som den vigtigste tilstand i sagen. På Jorden betragtes det som den fjerde tilstand, efter væske, fast og gasformig.

Plasma lampe

Solen er det nærmeste eksempel, hvor vi kan sætte pris på egenskaberne ved plasma i et naturligt miljø på massive skalaer. På den anden side forekommer naturfænomener på Jorden, hvor et øjeblikkeligt udseende af plasma udløses, såsom ild og lyn i storme.

Plasma er ikke kun forbundet med høje temperaturer (millioner af kelvin-grader), men også med store elektriske potentialer, med glødelys og med uendelig elektrisk ledningsevne.

Plasmakarakteristika

Plasmaet med stjerner og tåger udgør praktisk talt hele det observerbare univers. Kilde: Pxhere.

Sammensætning

Materiale er sammensat af partikler (molekyler, atomer, ioner, celler osv.), Som afhængigt af effektiviteten og de kræfter, som de tilføjes, etablerer en fast, flydende eller gasformig tilstand.

Plasmapartikler består af positivt ladede atomer, bedre kendt som kationer (+) og elektroner (-). I den plasmatiske tilstand af materien er der ikke tale om molekyler.

Kationerne og elektronerne vibrerer ved meget høje frekvenser, der viser en kollektiv og ikke individuel opførsel. De kan ikke adskilles eller bevæge sig, uden at hele sæt partikler forstyrres.

Dette sker for eksempel ikke med gasser, hvor deres atomer eller molekyler, selvom de kolliderer med hinanden, har minimale, ubetydelige interaktioner.

Uddannelse

Plasmatilstanden dannes hovedsageligt, når en gas ioniseres som et resultat af dens eksponering for meget høje temperaturer.

Lad os starte med en isterning først. Dette er et solidt. Hvis den opvarmes, smelter isen i flydende vand. Ved at opvarme til højere temperaturer begynder vandet at koge og undslippe væsken som damp, der er en gas. Indtil videre har vi de tre mest kendte tilstande.

Hvis vanddampen opvarmes til en meget højere temperatur, vil der under gunstige forhold komme et tidspunkt, hvor deres bindinger bryder for at danne frie ilt- og brintatomer. Derefter absorberer atomerne så meget varme, at deres elektroner begynder at skyde ud i omgivelserne. Således er oxygen- og brintkationer dannet.

Disse kationer ender indpakket i en sky af elektroner, tilføjet af handlingen fra lokalsamfundet og elektrostatiske attraktioner. Det siges derefter, at der er opnået et plasma fra vandet.

I dette tilfælde blev plasmaet dannet ved virkning af termisk energi. Imidlertid kan meget energisk stråling (gammastråler) såvel som store forskelle i elektriske potentialer også fremkalde deres udseende.

Quasineutrality

Plasma har karakteristika ved at være kvasineutral (næsten neutral). Dette skyldes, at antallet af elektroner, der exciteres og frigøres fra atomerne, har tendens til at være lig med størrelserne på kationernes positive ladninger. Overvej for eksempel et gasformigt calciumatom, der mister henholdsvis en og to elektroner til dannelse af kationene Ca ⁺ og Ca ²⁺:

Ca (g) + Energi → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energi → Ca ²⁺ (g) + e ^-

At være den globale proces:

Ca (g) + Energi → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

For hver Ca ²⁺, der dannes, vil der være to frie elektroner. Hvis der er ti Ca ²⁺, vil det være tyve elektroner osv. Den samme ræsonnement gælder for kationer med højere ladningsstørrelser (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺ osv.). Calciumkationer og deres elektroner bliver en del af et plasma i et vakuum.

Fysiske egenskaber

Plasma ser generelt ud til at være en varm, glødende, meget elektrisk ledende flydende gas, der reagerer på eller er modtagelig for elektromagnetiske felter. På denne måde kan plasma kontrolleres eller låses ved at manipulere et magnetfelt.

Typer af plasma

Delvis ioniseret

Et delvist ioniseret plasma er et, hvor atomerne ikke har mistet alle deres elektroner, og der kan endda være neutrale atomer. I eksemplet med calcium kan det være en blanding af Ca ²⁺ -kationer, Ca- atomer og elektroner. Denne type plasma kaldes også koldt plasma.

På den anden side kan plasma være indeholdt i containere eller isoleringsmidler, der forhindrer diffusion af varme til omgivelserne.

Fuldt ioniseret

Et fuldt ioniseret plasma er et, hvor dets atomer er "nakne", da de har mistet alle deres elektroner. Derfor har dens kationer høje størrelser af positiv ladning.

I tilfælde af calcium ville dette plasma være sammensat af Ca ²⁰⁺ kationer (calciumkerner) og mange højenergi-elektroner. Denne type plasma kaldes også varmt plasma.

Eksempler på plasma

Plasma lamper og neonlamper

Plasmalamper giver et sikkert og tæt billede af, hvordan denne tilstand af materie opfører sig. Kilde: Pxhere.

Plasmalamper er artefakter, der pryder ethvert soveværelse med spøgelseslys. Der er dog andre genstande, hvor vi kan se plasmatilstanden: i de berømte neonlys, hvis ædelgasindhold er begejstret ved passage af en elektrisk strøm ved lave tryk.

Ray

Strålerne, der falder ned fra skyerne, er en øjeblikkelig og pludselig manifestation af det jordiske plasma.

Solstorme

Nogle "plasmapartikler" dannes i ionosfæren af ​​vores planet ved den konstante bombardement af solstråling. I solens flares eller pisker ser vi enorme mængder plasma.

Nordlys

Et andet fænomen relateret til plasma observeres ved jordens poler: nordlyset. Denne ild med iskolde farver minder os om, at de samme flammer i vores køkkener er et andet rutinemæssigt eksempel på plasma.

Elektroniske enheder

Plasma er også i mindre proportioner en del af elektroniske enheder, såsom fjernsyn og skærme.

Svejsning og science fiction

Eksempler på plasma ses også i svejseprocesser, i laserstråler, i nukleare eksplosioner, i Star Wars lysskinner; og generelt set i ethvert våben, der ligner en destruktiv energikanon.

Referencer

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kemi (8. udgave). CENGAGE Læring.
2. Plasmavidenskabs- og fusionscenter. (2020). Hvad er plasma? Gendannes fra: psfc.mit.edu
3. National Center for Atmosfærisk Forskning. (2020). Plasma. Gendannes fra: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (11. februar 2020). Hvad bruges plasma til, og hvad er det lavet af? Gendannes fra: thoughtco.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (fysik). Gendannet fra: en.wikipedia.org