PLAZMATICKÝ STAV: CHARAKTERISTIKA, TYPY A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Stav plazma je jedným zo základných spôsobov, ako hmota môže agregujú, a to je najviac prevláda v pozorovateľného vesmíru. Plazma pozostáva z horúceho, jasného a vysoko ionizovaného plynu do bodu, keď získava jedinečné vlastnosti, ktoré ho odlišujú od plynného stavu alebo iného plynu zvlášť.

V hviezdach nočnej oblohy vidíme plazmu rozptýlenú. Pretože vo vesmíre je nekonečné množstvo hviezd, hmlovín a iných nebeských telies, považuje sa to za najdôležitejší stav hmoty. Na Zemi sa považuje za štvrtý stav, po tekutom, pevnom a plynnom skupenstve.

Plazmová lampa

Slnko je najbližším príkladom, kde môžeme oceniť charakteristiky plazmy v prírodnom prostredí na veľkom meradle. Na druhej strane sa na Zemi vyskytujú prírodné javy, v ktorých dochádza k okamžitému výskytu plazmy, ako je napríklad oheň a blesky v búrkach.

Plazma nie je spojená iba s vysokými teplotami (milióny kelvinových stupňov), ale aj s veľkými elektrickými potenciálmi, žiarovkami a nekonečnou elektrickou vodivosťou.

Plazmové charakteristiky

Plazma hviezd a hmlovín tvorí prakticky celý pozorovateľný vesmír. Zdroj: Pxhere.

zloženie

Hmota je zložená z častíc (molekuly, atómy, ióny, bunky atď.), Ktoré v závislosti od účinnosti a síl, s ktorými sú pridané, vytvárajú pevný, kvapalný alebo plynný stav.

Plazmové častice pozostávajú z pozitívne nabitých atómov, lepšie známych ako katióny (+) a elektróny (-). V plazmatickom stave hmoty sa nehovorí o molekulách.

Katióny a elektróny vibrujú pri veľmi vysokých frekvenciách, pričom vykazujú kolektívne a nie individuálne správanie. Nemôžu sa oddeľovať ani pohybovať bez narušenia celej sady častíc.

Toto sa nestane napríklad s plynmi, kde ich atómy alebo molekuly, aj keď sa navzájom zrážajú, majú minimálne, zanedbateľné interakcie.

výcvik

Plazmatický stav sa vytvára hlavne vtedy, keď plyn ionizuje v dôsledku vystavenia veľmi vysokým teplotám.

Najprv začneme s kockou ľadu. Toto je pevná látka. Ak sa zahrieva, ľad sa roztopí na tekutú vodu. Potom zahriatím na vyššie teploty začne voda vrieť a unikať z kvapaliny ako para, čo je plyn. Zatiaľ máme tri najznámejšie stavy hmoty.

Ak sa vodná para zahrieva na oveľa vyššiu teplotu, za výhodných podmienok príde čas, keď sa ich väzby rozpadnú a vytvoria sa atómy voľného kyslíka a vodíka. Potom atómy absorbujú toľko tepla, že ich elektróny začnú strieľať do okolia. Takto sa vytvorili katióny kyslíka a vodíka.

Tieto katióny nakoniec zabalené v oblaku elektrónov, pridané pôsobením komunity a elektrostatickými atrakciami. Potom sa hovorí, že z vody sa získala plazma.

V tomto prípade bola plazma vytvorená pôsobením tepelnej energie. Avšak ich vysokoenergetické žiarenie (gama lúče), ako aj veľké rozdiely v elektrických potenciáloch môžu indukovať ich vzhľad.

quasineutrality

Plazma sa vyznačuje tým, že je kvazineutrálna (takmer neutrálna). Je to tak preto, že počet elektrónov excitovaných a uvoľňovaných z atómov má tendenciu sa rovnať veľkosti kladných nábojov katiónov. Uvažujme napríklad plynný atóm vápnika, ktorý stráca jeden a dva elektróny za vzniku katiónov Ca ⁺ a Ca2 ⁺ :

Ca (g) + Energia → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Byť globálnym procesom:

Ca (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Pre každý vzniknutý Ca ²⁺ budú dva voľné elektróny. Ak existuje desať Ca ²⁺ , potom to bude dvadsať elektrónov atď. Rovnaké odôvodnenie platí pre katióny s vyššími hodnotami náboja (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ atď.). Vápnikové katióny a ich elektróny sa stanú súčasťou plazmy vo vákuu.

Fyzikálne vlastnosti

Plazma sa všeobecne javí ako horúci, žiariaci vysoko elektricky vodivý kvapalný plyn, ktorý reaguje na elektromagnetické polia alebo je naň náchylný. Týmto spôsobom je možné plazmy ovládať alebo blokovať manipuláciou s magnetickým poľom.

Druhy plazmy

Čiastočne ionizované

Čiastočne ionizovaná plazma je plazmou, v ktorej atómy nestratili všetky svoje elektróny, a dokonca môžu existovať aj neutrálne atómy. V príklade vápnika by to mohla byť zmes katiónov Ca2 ⁺ , atómov Ca a elektrónov. Tento typ plazmy sa tiež nazýva studená plazma.

Na druhej strane môžu byť plazmy obsiahnuté v nádobách alebo izolačných prostriedkoch, ktoré bránia šíreniu tepla do okolia.

Plne ionizované

Plne ionizovaná plazma je plazmou, v ktorej sú jej atómy „nahé“, pretože stratili všetky svoje elektróny. Preto majú jeho katióny vysoké hodnoty kladného náboja.

V prípade vápnika by táto plazma pozostávala z katiónov Ca ²⁰⁺ (jadrá vápnika) a mnohých elektrónov s vysokou energiou. Tento typ plazmy je známy aj ako horúca plazma.

Príklady plazmy

Plazmové žiarovky a neónové svetlá

Plazmové lampy poskytujú bezpečný a podrobný pohľad na to, ako sa tento stav hmoty správa. Zdroj: Pxhere.

Plazmové žiarovky sú artefakty, ktoré zdobia každú spálňu strašidelnými svetlami. Existujú však aj ďalšie objekty, kde môžeme byť svedkami plazmového stavu: v slávnych neónových svetlách, ktorých obsah ušľachtilého plynu je vzrušený priechodom elektrického prúdu pri nízkych tlakoch.

lúč

Lúče, ktoré padajú z oblakov, sú okamžitým a náhlym prejavom pozemskej plazmy.

Slnečné búrky

Niektoré „plazmové častice“ sa tvoria v ionosfére našej planéty neustálym bombardovaním slnečného žiarenia. V svetlice alebo biče slnka vidíme obrovské množstvo plazmy.

polárna žiara

Ďalší jav súvisiaci s plazmou je pozorovaný na póloch Zeme: polárne svetlá. Tento oheň s ľadovými farbami nám pripomína, že rovnaké plamene v našich kuchyniach sú ďalším bežným príkladom plazmy.

Elektronické zariadenia

Plazma je súčasťou menších rozmerov aj elektronických zariadení, ako sú televízory a monitory.

Zváranie a sci-fi

Príklady plazmy sa pozorujú aj vo zváračských procesoch, v laserových lúčoch, v jadrových výbuchoch, v žiarovkách Star Wars; a všeobecne povedané, v každej zbrani, ktorá sa podobá deštruktívnemu energetickému kanónu.

Referencie

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). chémia (8. vydanie). CENGAGE Learning.
2. Plazmové vedecké a fúzne centrum. (2020). Čo je plazma? Získané z: psfc.mit.edu
3. Národné centrum pre výskum atmosféry. (2020). Plazma. Získané z: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. februára 2020). Na čo sa používa plazma a na čo sa používa? Získané z: thinkco.com
5. Wikipedia. (2020). Plazma (fyzika). Obnovené z: en.wikipedia.org