PLAZMATICKÝ STAV: VLASTNOSTI, TYPY A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Stav plazma je jedním ze základních způsobů, jak hmota může agregují, a to je nejvíce převládající v pozorovatelného vesmíru. Plazma sestává z horkého, jasného a vysoce ionizovaného plynu do bodu, kdy získává jedinečné vlastnosti, které jej odlišují od plynného stavu nebo zejména od jakéhokoli jiného plynu.

Vidíme plazmu rozptýlenou ve hvězdách noční oblohy. Protože ve vesmíru existuje nekonečný počet hvězd, mlhovin a dalších nebeských entit, považuje se to za nejdůležitější stav hmoty. Na Zemi je považován za čtvrtý stav, po tekutém, pevném a plynném stavu.

Plazmová lampa

Slunce je nejbližším příkladem, kde můžeme ocenit vlastnosti plazmy v přirozeném prostředí na velkém měřítku. Na druhé straně se na Zemi vyskytují přírodní jevy, ve kterých dochází ke krátkodobému výskytu plazmy, jako je oheň a blesky v bouřích.

Plazma není spojena pouze s vysokými teplotami (miliony kelvinů), ale také s velkými elektrickými potenciály, s žárovkami a nekonečnou elektrickou vodivostí.

Plazmové charakteristiky

Plazma hvězd a mlhovin tvoří prakticky celý pozorovatelný vesmír. Zdroj: Pxhere.

Složení

Hmota je složena z částic (molekuly, atomy, ionty, buňky atd.), Které v závislosti na účinnosti a silách, s nimiž jsou přidávány, vytvářejí pevný, kapalný nebo plynný stav.

Plazmové částice se skládají z pozitivně nabitých atomů, lépe známých jako kationty (+) a elektrony (-). V plazmatickém stavu hmoty se nemluví o molekulách.

Kationty a elektrony vibrují při velmi vysokých frekvencích, což ukazuje na kolektivní a nikoli individuální chování. Nemohou se oddělit nebo pohybovat bez narušování celé sady částic.

To se nestane například u plynů, kde jejich atomy nebo molekuly, i když se navzájem srazí, mají minimální, zanedbatelné interakce.

Výcvik

Plazmatický stav se vytváří hlavně tehdy, když plyn ionizuje v důsledku vystavení velmi vysokým teplotám.

Nejprve začneme kostkou ledu. To je pevná látka. Při zahřátí se led rozpustí v kapalnou vodu. Poté zahřátím na vyšší teploty začne voda vařit a unikat z kapaliny jako pára, což je plyn. Zatím máme tři nejznámější stavy hmoty.

Pokud se vodní pára zahřeje na mnohem vyšší teplotu, za příznivých podmínek nastane doba, kdy se jejich vazby rozbijí za vzniku volných atomů kyslíku a vodíku. Potom atomy absorbují tolik tepla, že jejich elektrony začnou střílet ven do okolí. Tak byly vytvořeny kationty kyslíku a vodíku.

Tyto kationty skončí zabalené v oblaku elektronů, přidané působením komunity a elektrostatickými atrakcemi. Poté se říká, že z vody byla získána plazma.

V tomto případě byla plazma tvořena působením tepelné energie. Jejich vzhled však může vyvolat i vysoce energetické záření (gama paprsky) a velké rozdíly v elektrických potenciálech.

Kvazineutralita

Plazma má vlastnost, že je kvazineutrální (téměř neutrální). Je to proto, že počet elektronů buzených a uvolňovaných z atomů má tendenci se rovnat velikosti kladných nábojů kationtů. Zvažte například plynný atom vápníku, který ztrácí jeden a dva elektrony za vzniku kationtů Ca ⁺ a Ca ²⁺:

Ca (g) + Energie → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energie → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Být globálním procesem:

Ca (g) + Energie → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Pro každý vytvořený Ca ²⁺ budou dva volné elektrony. Pokud existuje deset Ca ²⁺, pak to bude dvacet elektronů atd. Stejné odůvodnění platí pro kationty s vyššími hodnotami náboje (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺ atd.). Kationty vápníku a jejich elektrony se ve vakuu stanou součástí plazmy.

Fyzikální vlastnosti

Plazma se obecně jeví jako horký, zářící, vysoce elektricky vodivý kapalný plyn, který reaguje na elektromagnetická pole nebo je na ně citlivý. Tímto způsobem lze plazmy ovládat nebo uzamknout manipulací s magnetickým polem.

Druhy plazmy

Částečně ionizované

Částečně ionizovaná plazma je taková, ve které atomy neztratily všechny své elektrony, a dokonce mohou existovat neutrální atomy. V příkladu vápníku by to mohla být směs kationtů Ca2 ⁺, atomů Ca a elektronů. Tento typ plazmy se také nazývá studená plazma.

Na druhou stranu mohou být plazmy obsaženy v nádobách nebo izolačních prostředcích, které zabraňují šíření tepla do okolí.

Plně ionizované

Plně ionizovaná plazma je taková, ve které jsou její atomy „nahé“, protože ztratily všechny své elektrony. Proto mají jeho kationty vysoké hodnoty kladného náboje.

V případě vápníku by tato plazma byla složena z kationtů Ca ²⁰⁺ (jádra vápníku) a mnoha vysoce energetických elektronů. Tento typ plazmy je také známý jako horká plazma.

Příklady plazmy

Plazmové lampy a neonová světla

Plazmové lampy poskytují bezpečný a blízký pohled na to, jak se tento stav hmoty chová. Zdroj: Pxhere.

Plazmové lampy jsou artefakty, které zdobí každou ložnici strašidelnými světly. Existují však i jiné objekty, u kterých můžeme být svědky plazmového stavu: ve slavných neonových světlech, jejichž obsah ušlechtilého plynu je vzrušený průchodem elektrického proudu při nízkém tlaku.

Paprsek

Paprsky, které padají z mraků, jsou okamžitým a náhlým projevem pozemské plazmy.

Sluneční bouře

Některé „plazmatické částice“ se vytvářejí v ionosféře naší planety neustálým bombardováním slunečního záření. Ve světlech nebo bičích Slunce vidíme obrovské množství plazmy.

polární záře

Další jev související s plazmatem je pozorován na pólech Země: polární záře. Tento oheň s ledovými barvami nám připomíná, že stejné plameny v našich kuchyních jsou dalším rutinním příkladem plazmy.

Elektronická zařízení

Plazma je také součástí menších rozměrů elektronických zařízení, jako jsou televizory a monitory.

Svařování a sci-fi

Příklady plazmy jsou také vidět ve svařovacích procesech, v laserových paprscích, v jaderných výbuchech, v světelných mečích Star Wars; a obecně řečeno, v každé zbrani, která se podobá destruktivnímu energetickému dělu.

Reference

1. Whitten, Davis, Peck a Stanley. (2008). Chemie (8. ed.). CENGAGE Učení.
2. Plasma Science and Fusion Center. (2020). Co je to plazma? Obnoveno z: psfc.mit.edu
3. Národní středisko pro výzkum atmosféry. (2020). Plazma. Obnoveno z: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11. února 2020). Na co se používá plazma a z čeho se vyrábí? Obnoveno z: thinkco.com
5. Wikipedia. (2020). Plazma (fyzika). Obnoveno z: en.wikipedia.org