מצב פלזמה: מאפיינים, סוגים ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

מדינת הפלזמה היא אחת הדרכים הבסיסיות שבן משנה יכול לצבור, והוא שולט ביותר ביקום הנצפה. הפלזמה מורכבת מגז חם, בהיר ומיוננת מאוד, עד לנקודה בה הוא רוכש תכונות ייחודיות המבדילות אותו מהמצב הגזי או מכל גז אחר בפרט.

אנו רואים את הפלזמה מפוזרת בכוכבי שמי הלילה. מכיוון שיש מספר אינסופי של כוכבים ביקום, כמו גם ערפיליות וישויות שמימיות אחרות, זה נחשב למצב החשוב ביותר של החומר. על כדור הארץ הוא נחשב למצב הרביעי, לאחר נוזל, מוצק וגזי.

מנורת פלזמה

השמש היא הדוגמה הקרובה ביותר בה אנו יכולים להעריך את המאפיינים של פלזמה בסביבה טבעית על סולמות מסיביים. לעומת זאת, תופעות טבע מתרחשות על פני כדור הארץ בהן מופע הופעה רגעית של פלזמה, כמו אש וברקים בסערות.

הפלזמה אינה קשורה רק לטמפרטורות גבוהות (מיליוני מעלות קלווין), אלא גם לפוטנציאלים חשמליים גדולים, עם נורות ליבון, ומוליכות חשמלית אינסופית.

מאפייני פלזמה

פלזמת הכוכבים והערפיליות מהווה כמעט את מכלול היקום הנצפה. מקור: Pxhere.

הרכב

החומר מורכב מחלקיקים (מולקולות, אטומים, יונים, תאים וכו '), אשר בהתאם לאפקטיביות והכוחות איתם הם מוסיפים, יוצרים מצב מוצק, נוזלי או גזי.

חלקיקי פלזמה מורכבים מאטומים טעונים באופן חיובי, הידועים יותר בשם קטיונים (+) ואלקטרונים (-). במצב הפלסמטי של החומר אין דיבורים על מולקולות.

הקטיונים והאלקטרונים רוטטים בתדרים גבוהים מאוד המראים התנהגות קולקטיבית ולא אינדיבידואלית. הם אינם יכולים להפריד או לזוז מבלי שכל הפרק של חלקיקים יפריע לו.

זה לא קורה למשל בגזים, שבהם האטומים או המולקולות שלהם, למרות שהם מתנגשים זה בזה, מקיימים אינטראקציות מינימליות וזניחות.

הַדְרָכָה

מצב הפלזמה נוצר בעיקר כאשר גז מתמוסס כתוצאה מחשיפתו לטמפרטורות גבוהות מאוד.

נתחיל קודם עם קוביית קרח. זה מוצק. אם הוא מחומם, הקרח יימס למים נוזליים. ואז, על ידי חימום לטמפרטורות גבוהות יותר, המים יתחילו לרתוח ובורחים מהנוזל כאדים, שהם גז. עד כה יש לנו את שלושת מצבי החומר הידועים ביותר.

אם אדי המים מחוממים לטמפרטורה גבוהה בהרבה, בתנאים נוחים יגיע זמן בו קשריהם יתפרקו ויצרו אטומי חמצן ומימן חופשיים. ואז האטומים סופגים חום כה רב עד שהאלקטרונים שלהם מתחילים לירות בסביבה. כך נוצרו קטיוני חמצן ומימן.

הקטיונים האלה עטופים בענן אלקטרונים, שנוסף על ידי פעולת הקהילה והאטרקציות האלקטרוסטטיות. לאחר מכן נאמר כי פלזמה הושגה מהמים.

במקרה זה, הפלזמה נוצרה על ידי פעולה של אנרגיה תרמית. עם זאת, קרינה אנרגטית מאוד (קרני גאמה), כמו גם הבדלים גדולים בפוטנציאלים החשמליים, יכולים גם הם לגרום למראה שלהם.

Quasineutrality

לפלזמה יש את המאפיין של להיות quasineutral (כמעט ניטרלי). הסיבה לכך היא שמספר האלקטרונים הנרגשים ומשוחררים מהאטומים נוטה להיות שווה לגודל המטענים החיוביים של הקטיונים. לדוגמה, שקול אטום סידן גזי שמאבד אלקטרונים אחד ושני ליצירת הקטיונים Ca ⁺ ו- Ca ^2+, בהתאמה :

Ca (g) + אנרגיה → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + אנרגיה → Ca ²⁺ (g) + e ^-

להיות התהליך הגלובלי:

Ca (g) + אנרגיה → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

לכל Ca ²⁺ שנוצר יהיו שני אלקטרונים חופשיים. אם יש עשרה Ca ²⁺ , זה יהיה עשרים אלקטרונים וכן הלאה. אותה הנמקה חלה על קטיונים בעלי טען גבוה יותר של מטען (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ וכו '). קטיוני סידן והאלקטרונים שלהם הופכים לחלק מפלסמה בוואקום.

תכונות גשמיות

בדרך כלל נראה כי פלזמה היא גז נוזל חם, זוהר, ומוליך חשמלית מאוד, המגיב לשדות אלקטרומגנטיים או שהוא רגיש. בדרך זו ניתן לשלוט או לנעול פלזמות על ידי מניפולציה של שדה מגנטי.

סוגי פלזמה

מיונן חלקית

פלזמה מיוננת חלקית היא כזו בה האטומים לא איבדו את כל האלקטרונים שלהם ואף יתכנו אטומים ניטרליים. בדוגמא לסידן זה יכול להיות תערובת של קטיונים Ca ²⁺ , אטומי Ca ואלקטרונים. פלזמה מסוג זה ידועה גם בשם פלזמה קרה.

לעומת זאת ניתן להכיל פלזמות במיכלים או באמצעי בידוד המונעים את התפשטות החום לסביבה.

מיונן לחלוטין

פלזמה מיוננת במלואה היא אטומית בה האטומים שלה "עירומים", מכיוון שאיבדו את כל האלקטרונים שלהם. לכן לקטיונים שלהם יש מידות גבוהות של מטען חיובי.

במקרה של סידן, פלזמה זו תהיה מורכבת מ- Ca ²⁰⁺ קטיונים (גרעיני סידן) ואלקטרונים רבים בעלי אנרגיה גבוהה. פלזמה מסוג זה ידועה גם בשם פלזמה חמה.

דוגמאות לפלזמה

מנורות פלזמה ונורות ניאון

מנורות פלזמה מציעות מבט בטוח וקרוב של התנהגות מצב החומר הזה. מקור: Pxhere.

מנורות פלזמה הינן חפצים המעטרים כל חדר שינה באורות רוח רפאים. עם זאת, ישנם אובייקטים אחרים בהם אנו יכולים לחזות במצב הפלזמה: באורות הניאון המפורסמים, שתכולת הגז האצילית שלהם נרגשת ממעבר זרם חשמלי בלחצים נמוכים.

קֶרֶן

הקרניים הנופלות מהעננים הם ביטוי רגעי ופתאומי של פלזמה יבשתית.

סערות שמש

כמה "חלקיקי פלזמה" נוצרים ביונוספרה של כדור הארץ שלנו על ידי הפגזה מתמדת של קרינת השמש. בהתלקחויות או שוטים של השמש אנו רואים כמויות אדירות של פלזמה.

זוהר צפוני

תופעה נוספת הקשורה לפלזמה נצפתה בקטבי כדור הארץ: אורות הצפון. האש הזו עם הצבעים הקפואים מזכירה לנו שאותן הלהבות במטבחים שלנו הן דוגמא שגרתית לפלזמה.

מכשירי אלקטרוניקה

פלזמה היא גם חלק, בפרופורציות קטנות יותר, של מכשירים אלקטרוניים כמו טלוויזיות ומוניטורים.

ריתוך ומדע בדיוני

דוגמאות לפלזמה נראות גם בתהליכי ריתוך, בקורות לייזר, בפיצוצים גרעיניים, במאבקי האור של מלחמת הכוכבים; ובאופן כללי, בכל נשק שדומה לתותח אנרגיה הרסני.

הפניות

1. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. (2008). כִּימִיָה (מהדורה 8). לימוד CENGAGE.
2. מרכז המדע והפיכת פלזמה. (2020). מהי פלזמה? התאושש מ: psfc.mit.edu
3. המרכז הלאומי למחקר אטמוספרי. (2020). פְּלַסמָה. התאושש מ: scied.ucar.edu
4. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (11 בפברואר 2020). לשם מה משתמשים בפלזמה וממה הוא עשוי? התאושש מ: thoughtco.com
5. ויקיפדיה. (2020). פלזמה (פיזיקה). התאושש מ: en.wikipedia.org