ESTADO DO PLASMA: CARACTERÍSTICAS, TIPOS E EXEMPLOS - QUÍMICA - 2024

O estado de plasma é uma das formas fundamentais pelas quais a matéria pode se agregar e é a mais predominante no Universo observável. O plasma consiste em um gás quente, brilhante e altamente ionizado, a ponto de adquirir propriedades únicas que o diferenciam do estado gasoso ou de qualquer outro gás em particular.

Vemos o plasma espalhado nas estrelas do céu noturno. Como existe um número infinito de estrelas no Universo, bem como nebulosas e outras entidades celestes, é considerado o estado da matéria mais importante. Na Terra é considerado o quarto estado, depois de líquido, sólido e gasoso.

Lâmpada de plasma

O Sol é o exemplo mais próximo de onde podemos apreciar as características do plasma em um ambiente natural em escalas massivas. Por outro lado, fenômenos naturais ocorrem na Terra em que um aparecimento momentâneo de plasma é acionado, como fogo e relâmpagos em tempestades.

O plasma não está apenas associado a altas temperaturas (milhões de graus kelvin), mas também a grandes potenciais elétricos, com lâmpadas incandescentes e com condutividade elétrica infinita.

Características do plasma

O plasma de estrelas e nebulosas constitui praticamente a totalidade do Universo observável. Fonte: Pxhere.

Composição

A matéria é composta por partículas (moléculas, átomos, íons, células, etc.) que, dependendo da eficácia e das forças com que são adicionadas, estabelecem um estado sólido, líquido ou gasoso.

As partículas de plasma consistem em átomos carregados positivamente, mais conhecidos como cátions (+) e elétrons (-). No estado plasmático da matéria, não se fala em moléculas.

Os cátions e elétrons vibram em frequências muito altas apresentando um comportamento coletivo e não individual. Eles não podem se separar ou se mover sem que todo o conjunto de partículas seja perturbado.

Isso não acontece, por exemplo, com gases, onde seus átomos ou moléculas, embora colidam uns com os outros, têm interações mínimas e desprezíveis.

Treinamento

O estado de plasma é formado principalmente quando um gás se ioniza como resultado de sua exposição a temperaturas muito altas.

Vamos começar com um cubo de gelo primeiro. Este é um sólido. Se aquecido, o gelo derreterá em água líquida. Então, ao ser aquecida a temperaturas mais altas, a água começará a ferver e escapar do líquido como vapor, que é um gás. Até agora, temos os três estados da matéria mais conhecidos.

Se o vapor d'água for aquecido a uma temperatura muito mais alta, sob condições favoráveis, chegará um momento em que suas ligações se quebrarão para formar átomos livres de oxigênio e hidrogênio. Então, os átomos absorvem tanto calor que seus elétrons começam a disparar para os arredores. Assim, os cátions oxigênio e hidrogênio foram formados.

Esses cátions acabam envoltos em uma nuvem de elétrons, somados à ação da comunidade e às atrações eletrostáticas. Diz-se então que um plasma foi obtido da água.

Nesse caso, o plasma foi formado pela ação da energia térmica. No entanto, radiações altamente energéticas (raios gama), assim como grandes diferenças nos potenciais elétricos, também podem induzir seu aparecimento.

Quasiutralidade

O plasma tem a característica de ser quase neutro (quase neutro). Isso ocorre porque o número de elétrons excitados e liberados dos átomos tende a ser igual às magnitudes das cargas positivas dos cátions. Por exemplo, considere um átomo de cálcio gasoso que perde um e dois elétrons para formar os cátions Ca ⁺ e Ca ^2+, respectivamente:

Ca (g) + Energia → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energia → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Sendo o processo global:

Ca (g) + Energia → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Para cada Ca ²⁺ formado, haverá dois elétrons livres. Se houver dez Ca ²⁺, serão vinte elétrons e assim por diante. O mesmo raciocínio se aplica a cátions com maiores magnitudes de carga (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺, etc.). Os cátions de cálcio e seus elétrons tornam-se parte de um plasma no vácuo.

Propriedades físicas

O plasma geralmente parece ser um gás líquido quente, brilhante e altamente eletricamente condutor que responde ou é suscetível a campos eletromagnéticos. Desta forma, os plasmas podem ser controlados ou bloqueados pela manipulação de um campo magnético.

Tipos de plasma

Parcialmente ionizado

Um plasma parcialmente ionizado é aquele em que os átomos não perderam todos os seus elétrons e pode até haver átomos neutros. No exemplo do cálcio, pode ser uma mistura de cátions Ca ²⁺, átomos de Ca e elétrons. Este tipo de plasma também é conhecido como plasma frio.

Por outro lado, os plasmas podem ser acondicionados em recipientes ou meios isolantes que evitam a difusão do calor para o ambiente.

Totalmente ionizado

Um plasma totalmente ionizado é aquele em que seus átomos estão "nus", pois perderam todos os seus elétrons. Portanto, seus cátions possuem altas magnitudes de carga positiva.

No caso do cálcio, esse plasma seria composto de cátions Ca ²⁰⁺ (núcleos de cálcio) e muitos elétrons de alta energia. Este tipo de plasma também é conhecido como plasma quente.

Exemplos de plasma

Lâmpadas de plasma e luzes de néon

As lâmpadas de plasma oferecem uma visão segura e próxima de como esse estado da matéria se comporta. Fonte: Pxhere.

Lâmpadas de plasma são artefatos que adornam qualquer quarto com luzes fantasmagóricas. No entanto, existem outros objetos onde podemos testemunhar o estado do plasma: nas famosas luzes de néon, cujo conteúdo de gás nobre é excitado pela passagem de uma corrente elétrica em baixas pressões.

Raio

Os raios que caem das nuvens são uma manifestação momentânea e repentina do plasma terrestre.

Tempestades solares

Algumas "partículas de plasma" são formadas na ionosfera de nosso planeta pelo bombardeio constante da radiação solar. Nas labaredas ou chicotes do Sol, vemos enormes quantidades de plasma.

Aurora boreal

Outro fenômeno relacionado ao plasma é observado nos pólos terrestres: as luzes do norte. Esse fogo com cores geladas nos lembra que as mesmas chamas em nossas cozinhas são outro exemplo rotineiro de plasma.

Dispositivos eletrônicos

O plasma também faz parte, em proporções menores, de aparelhos eletrônicos como televisores e monitores.

Soldagem e ficção científica

Exemplos de plasma também são vistos em processos de soldagem, em raios laser, em explosões nucleares, em sabres de luz Star Wars; e de modo geral, em qualquer arma que se assemelhe a um canhão de energia destrutiva.

Referências

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química (8ª ed.). CENGAGE Learning.
2. Plasma Science and Fusion Center. (2020). O que é plasma? Recuperado de: psfc.mit.edu
3. Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica. (2020). Plasma. Recuperado de: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 de fevereiro de 2020). Para que é utilizado o plasma e de que é feito? Recuperado de: Thoughtco.com
5. Wikipedia. (2020). Plasma (física). Recuperado de: en.wikipedia.org