PLASMAN TILA: OMINAISUUDET, TYYPIT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Plasma tila on yksi keskeisistä tapoja, joilla asia voidaan koota, ja se on kaikkein hallitseva havaittavissa Universe. Plasma koostuu kuumasta, kirkkaasta ja voimakkaasti ionisoidusta kaasusta pisteeseen, jossa se saa ainutlaatuisia ominaisuuksia, jotka erottavat sen kaasumaisesta tilasta tai mistä tahansa muusta kaasusta.

Näemme plasman sironnut yötaivaan tähtiin. Koska maailmankaikkeudessa on loputon määrä tähtiä, samoin kuin sumut ja muut taivaalliset kokonaisuudet, sitä pidetään tärkeimpänä aineena. Maapallolla sitä pidetään neljäntenä tilana nestemäisen, kiinteän ja kaasumaisen tilan jälkeen.

Plasmavalaisin

Aurinko on lähin esimerkki, jossa voimme arvioida plasman ominaisuuksia luonnollisessa ympäristössä massiivisissa asteikoissa. Toisaalta maapallolla tapahtuu luonnonilmiöitä, joissa plasman väliaikainen esiintyminen, kuten tulipalo ja myrskyjen salama, laukaisee.

Plasmaan ei liity vain korkeita lämpötiloja (miljoonia kelvin-asteita), vaan myös suuria sähköpotentiaaleja, hehkulamppuja ja ääretöntä sähkönjohtavuutta.

Plasman ominaisuudet

Tähteiden ja sumujen plasma muodostaa käytännössä koko havaittavan maailmankaikkeuden. Lähde: Pxhere.

Sävellys

Aine koostuu hiukkasista (molekyylit, atomit, ionit, solut jne.), Jotka vaikuttavuudesta ja lisäysvoimista riippuen muodostavat kiinteän, nestemäisen tai kaasumaisen tilan.

Plasmapartikkelit koostuvat positiivisesti varautuneista atomeista, tunnetuimmin kationeina (+) ja elektroneina (-). Aineen plasmaattisessa tilassa ei ole puhetta molekyyleistä.

Kationit ja elektronit värähtelevät erittäin suurilla taajuuksilla osoittaen kollektiivista eikä yksilöllistä käyttäytymistä. Ne eivät voi erota tai liikkua ilman, että koko hiukkassarja häiriintyy.

Tätä ei tapahdu esimerkiksi kaasujen kanssa, joissa niiden atomeilla tai molekyyleillä, vaikka ne törmäävät keskenään, on minimaalinen, merkityksetön vuorovaikutus.

koulutus

Plasmatila muodostuu pääasiassa, kun kaasu ionisoituu sen altistumisen seurauksena erittäin korkeille lämpötiloille.

Aloitetaan ensin jääkuutiolla. Tämä on vankka. Kuumennettaessa jää sulaa nesteveteen. Sitten kuumentamalla korkeampiin lämpötiloihin vesi alkaa kiehua ja poistua nesteestä höyrynä, joka on kaasua. Toistaiseksi meillä on kolme tunnetuinta ainetilaa.

Jos vesihöyry lämmitetään paljon korkeampaan lämpötilaan, tulee edullisissa olosuhteissa aika, jolloin niiden sidokset murtuvat muodostaen vapaita happi- ja vetyatomeja. Sitten atomit absorboivat niin paljon lämpöä, että niiden elektronit alkavat ampua ympäristöön. Siten on muodostettu happi- ja vetykationeja.

Nämä kationit päätyvät käärittynä elektronipilveen, jota lisäävät yhteisö ja sähköstaattiset nähtävyydet. Sitten sanotaan, että verestä on saatu plasma.

Tässä tapauksessa plasma muodostui lämpöenergian vaikutuksesta. Hyvin energinen säteily (gammasäteet), samoin kuin suuret erot sähköisissä potentiaalissa, voivat kuitenkin myös indusoida niiden ulkonäön.

Quasineutrality

Plasmalle on ominaista olla kvasineutraali (melkein neutraali). Tämä johtuu siitä, että atomista viritettyjen ja vapautuneiden elektronien lukumäärä on yleensä yhtä suuri kuin kationien positiivisten varausten suuruus. Tarkastellaan esimerkiksi kaasumaista kalsiumatomia, joka menettää yhden ja kaksi elektronia, kationien Ca ⁺ ja Ca ^{2+ muodostamiseksi}:

Ca (g) + energia → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Globaalina prosessina

Ca (g) + energia → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Jokaisessa muodostuneessa Ca ^{2+: ssa} on kaksi vapaata elektronia. Jos Ca ^{2+: ta} on kymmenen, niin se on kaksikymmentä elektronia ja niin edelleen. Sama päätelmä pätee kationeihin, joiden varausaste on suurempi (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺ jne.). Kalsiumkationeista ja niiden elektronista tulee osa plasmaa tyhjiössä.

Fyysiset ominaisuudet

Plasma näyttää yleensä olevan kuuma, hehkuva, erittäin sähköä johtava nestemäinen kaasu, joka reagoi sähkömagneettisiin kenttiin tai on alttiina niille. Tällä tavalla plasmat voidaan hallita tai lukita manipuloimalla magneettikenttää.

Plasmatyypit

Osittain ionisoitunut

Osittain ionisoitu plasma on sellainen, jossa atomit eivät ole menettäneet kaikkia elektronejaan, ja siellä voi olla jopa neutraaleja atomeja. Esimerkissä kalsium voisi olla Ca2 ⁺ -kationien, Ca- atomien ja elektronien seos. Tämän tyyppinen plasma tunnetaan myös nimellä kylmä plasma.

Toisaalta plasmat voivat olla säiliöissä tai eristysvälineissä, jotka estävät lämmön leviämisen ympäristöön.

Täysin ionisoitunut

Täysin ionisoitunut plasma on sellainen, jossa sen atomit ovat "paljaita", koska ne ovat menettäneet kaikki elektroninsa. Siksi sen kationeissa on suuri positiivinen varaus.

Kalsiumin tapauksessa tämä plasma koostuisi Ca20 ⁺ -kationeista (kalsiumytimistä) ja monista korkeaenergisista elektroneista. Tämän tyyppinen plasma tunnetaan myös nimellä kuuma plasma.

Esimerkkejä plasmasta

Plasma- ja neonvalot

Plasmavalaisimet tarjoavat turvallisen ja tiiviin kuvan tämän aineen tilan käyttäytymisestä. Lähde: Pxhere.

Plasmavalaisimet ovat esineitä, jotka koristavat mitä tahansa makuuhuonetta kummituksellisilla valoilla. On kuitenkin myös muita esineitä, joissa voimme todistaa plasmatilaa: kuuluisissa neonvaloissa, joiden jalokaasupitoisuus kiihdyttää sähkövirran kulkeutumista alhaisissa paineissa.

säde

Pilvistä putoavat säteet ovat hetkellinen ja äkillinen ilmentymä maanplasmasta.

Aurinko myrskyt

Jotkut "plasmahiukkaset" muodostuvat planeettamme ionosfäärissä jatkuvan pommituksen avulla auringonsäteilyä. Auringon soihdukoissa tai ruoskeissa näemme valtavia määriä plasmaa.

revontulet

Toinen plasmaan liittyvä ilmiö havaitaan maan pylväillä: pohjoisvalot. Tuolinen jäisillä väreillä muistuttaa meitä siitä, että samat liekit keittiöissamme ovat toinen rutiininomainen esimerkki plasmasta.

Elektroniikkalaitteet

Plasma on myös pienemmissä osissa osa elektronisia laitteita, kuten televisioita ja näyttöjä.

Hitsaus ja tieteiskirjallisuus

Esimerkkejä plasmasta nähdään myös hitsausprosesseissa, lasersäteissä, ydinräjähdyksissä, Tähtien sotavalojen merkkivaloissa; ja yleisesti ottaen missä tahansa aseessa, joka muistuttaa tuhoavaa energiatykkiä.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
2. Plasman tiede- ja fuusiokeskus. (2020). Mikä on plasma? Palautettu osoitteesta: psfc.mit.edu
3. Kansallinen ilmakehätutkimuskeskus. (2020). Plasma. Palautettu: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, tohtori Anne Marie (11. helmikuuta 2020). Mihin plasmaa käytetään ja mistä se tehdään? Palautettu osoitteesta: gondo.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (fysiikka). Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org