PLASMASTATUS: KENMERKEN, TYPEN EN VOORBEELDEN - CHEMIE - 2025

De plasmatoestand is een van de fundamentele manieren waarop materie kan aggregeren, en het is de meest overheersende in het waarneembare heelal. Plasma bestaat uit een heet, helder en sterk geïoniseerd gas, tot een punt waarop het unieke eigenschappen krijgt die het onderscheiden van de gasvormige toestand of een ander gas in het bijzonder.

We zien het plasma verstrooid in de sterren van de nachtelijke hemel. Aangezien er een eindeloos aantal sterren in het heelal is, evenals nevels en andere hemelse entiteiten, wordt het beschouwd als de belangrijkste toestand van materie. Op aarde wordt het beschouwd als de vierde toestand, na vloeibaar, vast en gasvormig.

Plasma lamp

De zon is het beste voorbeeld waar we de kenmerken van plasma in een natuurlijke omgeving op enorme schaal kunnen waarderen. Aan de andere kant doen zich op aarde natuurlijke fenomenen voor waarbij een tijdelijke verschijning van plasma wordt geactiveerd, zoals vuur en bliksem bij stormen.

Plasma wordt niet alleen geassocieerd met hoge temperaturen (miljoenen Kelvin-graden), maar ook met grote elektrische potentialen, met gloeilampen en met oneindige elektrische geleidbaarheid.

Plasma-kenmerken

Het plasma van sterren en nevels vormt praktisch het gehele waarneembare heelal. Bron: Pxhere.

Samenstelling

Materie is samengesteld uit deeltjes (moleculen, atomen, ionen, cellen, enz.) Die, afhankelijk van de effectiviteit en de krachten waarmee ze worden toegevoegd, een vaste, vloeibare of gasvormige toestand tot stand brengen.

Plasmadeeltjes bestaan ​​uit positief geladen atomen, beter bekend als kationen (+), en elektronen (-). In de plasmatische toestand van materie is er geen sprake van moleculen.

De kationen en elektronen trillen met zeer hoge frequenties en vertonen een collectief en niet individueel gedrag. Ze kunnen niet scheiden of bewegen zonder dat de hele reeks deeltjes wordt verstoord.

Dit gebeurt bijvoorbeeld niet met gassen, waar hun atomen of moleculen, hoewel ze met elkaar botsen, minimale, verwaarloosbare interacties hebben.

Opleiding

De plasmatoestand wordt voornamelijk gevormd wanneer een gas ioniseert als gevolg van blootstelling aan zeer hoge temperaturen.

Laten we beginnen met een ijsblokje. Dit is een solide. Bij verhitting smelt het ijs tot vloeibaar water. Door vervolgens op hogere temperaturen te verwarmen, begint het water te koken en ontsnapt het uit de vloeistof als damp, wat een gas is. Tot nu toe hebben we de drie bekendste toestanden van materie.

Als de waterdamp wordt verwarmd tot een veel hogere temperatuur, zal er onder gunstige omstandigheden een tijd komen dat hun bindingen breken en vrije zuurstof- en waterstofatomen vormen. Dan absorberen de atomen zoveel warmte dat hun elektronen de omgeving in beginnen te schieten. Zo zijn zuurstof- en waterstofkationen gevormd.

Deze kationen worden uiteindelijk verpakt in een wolk van elektronen, toegevoegd door de actie van de gemeenschap en elektrostatische attracties. Er wordt dan gezegd dat er een plasma uit het water is verkregen.

In dit geval werd het plasma gevormd door de werking van thermische energie. Hoogenergetische straling (gammastraling) en grote verschillen in elektrische potentialen kunnen echter ook hun uiterlijk veroorzaken.

Quasineutraliteit

Plasma heeft de eigenschap quasineutraal (bijna neutraal) te zijn. Dit komt omdat het aantal elektronen dat wordt geëxciteerd en vrijgegeven door de atomen, meestal gelijk is aan de grootte van de positieve ladingen van de kationen. Beschouw bijvoorbeeld een gasvormig calciumatoom dat een en twee elektronen verliest om respectievelijk de kationen Ca ⁺ en Ca ²⁺ te vormen :

Ca (g) + energie → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energie → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Het globale proces zijn:

Ca (g) + energie → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Voor elke Ca ²⁺ die wordt gevormd, zijn er twee vrije elektronen. Als er tien Ca ^{2+ zijn} , dan zijn het twintig elektronen, enzovoort. Dezelfde redenering geldt voor kationen met een grotere lading (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ , etc.). Calciumkationen en hun elektronen worden in vacuüm onderdeel van een plasma.

Fysieke eigenschappen

Plasma lijkt over het algemeen een heet, gloeiend, sterk elektrisch geleidend vloeibaar gas te zijn dat reageert op of gevoelig is voor elektromagnetische velden. Op deze manier kunnen plasma's worden bestuurd of vergrendeld door een magnetisch veld te manipuleren.

Soorten plasma

Gedeeltelijk geïoniseerd

Een gedeeltelijk geïoniseerd plasma is een plasma waarin de atomen niet al hun elektronen hebben verloren, en er kunnen zelfs neutrale atomen zijn. In het voorbeeld van calcium zou het een mengsel kunnen zijn van Ca ²⁺ -kationen, Ca- atomen en elektronen. Dit type plasma wordt ook wel koud plasma genoemd.

Anderzijds kunnen plasma's zich bevinden in containers of isolatiemiddelen die de verspreiding van warmte naar de omgeving voorkomen.

Volledig geïoniseerd

Een volledig geïoniseerd plasma is een plasma waarin de atomen "naakt" zijn, aangezien ze al hun elektronen hebben verloren. Daarom hebben de kationen een hoge positieve lading.

In het geval van calcium zou dit plasma bestaan ​​uit Ca ²⁰⁺ kationen (calciumkernen) en veel hoogenergetische elektronen. Dit type plasma wordt ook wel heet plasma genoemd.

Voorbeelden van plasma

Plasmalampen en neonlichten

Plasmalampen bieden een veilig en nauwkeurig beeld van hoe deze toestand zich gedraagt. Bron: Pxhere.

Plasmalampen zijn artefacten die elke slaapkamer sieren met spookachtige lichten. Er zijn echter andere objecten waar we getuige kunnen zijn van de plasmatoestand: in de beroemde neonlichten, waarvan het edelgasgehalte wordt opgewekt door het passeren van een elektrische stroom bij lage drukken.

straal

De stralen die uit de wolken vallen, zijn een tijdelijke en plotselinge manifestatie van het aardse plasma.

Zonnestormen

Sommige "plasmadeeltjes" worden gevormd in de ionosfeer van onze planeet door het constante bombardement van zonnestraling. In de fakkels of zwepen van de zon zien we enorme hoeveelheden plasma.

Noorderlicht

Een ander fenomeen dat verband houdt met plasma wordt waargenomen aan de polen van de aarde: het noorderlicht. Dat vuur met ijzige kleuren herinnert ons eraan dat dezelfde vlammen in onze keukens een ander routinevoorbeeld van plasma zijn.

Elektronische apparaten

Plasma maakt ook, in kleinere hoeveelheden, deel uit van elektronische apparaten zoals televisies en monitoren.

Lassen en sciencefiction

Voorbeelden van plasma worden ook gezien bij lasprocessen, in laserstralen, bij nucleaire explosies, in Star Wars-lichtzwaarden; en in het algemeen gesproken, in elk wapen dat lijkt op een vernietigend energiekanon.

Referenties

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemie (8e ed.). CENGAGE Leren.
2. Plasma Science and Fusion Center. (2020). Wat is plasma? Hersteld van: psfc.mit.edu
3. Nationaal Centrum voor Atmosferisch Onderzoek. (2020). Plasma. Hersteld van: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 februari 2020). Waar wordt plasma voor gebruikt en waar is het van gemaakt? Hersteld van: thoughtco.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (natuurkunde). Hersteld van: en.wikipedia.org