СОСТОЯНИЕ ПЛАЗМЫ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ВИДЫ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Состояние плазмы - один из основных способов агрегирования материи, и он является наиболее преобладающим в наблюдаемой Вселенной. Плазма состоит из горячего, яркого и сильно ионизированного газа до такой степени, что он приобретает уникальные свойства, которые отличают ее от газообразного состояния или любого другого газа в частности.

Мы видим плазму, рассеянную по звездам ночного неба. Поскольку во Вселенной существует бесконечное количество звезд, а также туманностей и других небесных существ, это считается наиболее важным состоянием материи. На Земле оно считается четвертым состоянием после жидкого, твердого и газообразного.

Плазменная лампа

Солнце - ближайший пример, с помощью которого мы можем оценить характеристики плазмы в естественной среде в огромных масштабах. С другой стороны, на Земле происходят природные явления, в которых возникает мгновенное появление плазмы, такие как огонь и молния во время шторма.

Плазма связана не только с высокими температурами (миллионы градусов Кельвина), но и с большими электрическими потенциалами, лампами накаливания и бесконечной электропроводностью.

Характеристики плазмы

Плазма звезд и туманностей составляет практически всю наблюдаемую Вселенную. Источник: Pxhere.

Сочинение

Материя состоит из частиц (молекул, атомов, ионов, клеток и т. Д.), Которые, в зависимости от эффективности и сил, с которыми они связаны, переходят в твердое, жидкое или газообразное состояние.

Частицы плазмы состоят из положительно заряженных атомов, более известных как катионы (+), и электронов (-). В плазменном состоянии материи о молекулах и речи не идет.

Катионы и электроны колеблются на очень высоких частотах, демонстрируя коллективное, а не индивидуальное поведение. Они не могут разделиться или двигаться без нарушения всего набора частиц.

Этого не происходит, например, с газами, где их атомы или молекулы, хотя и сталкиваются друг с другом, имеют минимальные, незначительные взаимодействия.

Повышение квалификации

Состояние плазмы образуется в основном при ионизации газа в результате воздействия на него очень высоких температур.

Начнем сначала с кубика льда. Это солидно. При нагревании лед тает и превращается в жидкую воду. Затем при нагревании до более высоких температур вода закипит и уйдет из жидкости в виде пара, то есть газа. Пока что у нас есть три наиболее известных состояния материи.

Если водяной пар нагреется до гораздо более высокой температуры, при благоприятных условиях наступит время, когда их связи разорвутся с образованием свободных атомов кислорода и водорода. Затем атомы поглощают столько тепла, что их электроны начинают вылетать в окружающую среду. Таким образом, образовались катионы кислорода и водорода.

Эти катионы в конечном итоге окутываются облаком электронов, добавленным действием сообщества и электростатическим притяжением. Затем говорят, что из воды была получена плазма.

В этом случае плазма образовывалась под действием тепловой энергии. Однако высокоэнергетическое излучение (гамма-лучи), а также большие различия в электрических потенциалах также могут вызывать их появление.

квазинейтральность

Плазма имеет свойство быть квазинейтральной (почти нейтральной). Это связано с тем, что количество электронов, возбужденных и высвобожденных из атомов, стремится быть равным величине положительных зарядов катионов. Например, рассмотрим газообразный атом кальция, который теряет один и два электрона с образованием катионов Ca ⁺ и Ca ²⁺ соответственно :

Ca (г) + Энергия → Ca ⁺ (г) + e ^-

Ca ⁺ (г) + Энергия → Ca ²⁺ (г) + e ^-

Являясь глобальным процессом:

Ca (г) + Энергия → Ca ²⁺ (г) + 2e ^-

На каждый образовавшийся Ca ²⁺ будет два свободных электрона. Если Ca ²⁺ десять , то электронов будет двадцать и так далее. То же самое относится к катионам с более высоким зарядом (Ca ³⁺ , Ca ⁵⁺ , Ca ⁷⁺ и т. Д.). Катионы кальция и их электроны становятся частью плазмы в вакууме.

Физические свойства

Плазма обычно представляет собой горячий, светящийся жидкий газ с высокой электропроводностью, который реагирует или чувствителен к электромагнитным полям. Таким образом, можно управлять плазмой или блокировать ее, управляя магнитным полем.

Виды плазмы

Частично ионизированный

Частично ионизированная плазма - это плазма, в которой атомы не потеряли все свои электроны, и могут быть даже нейтральные атомы. В примере с кальцием это может быть смесь катионов Ca ²⁺ , атомов Ca и электронов. Этот тип плазмы также известен как холодная плазма.

С другой стороны, плазма может содержаться в контейнерах или изоляционных средствах, предотвращающих распространение тепла в окружающую среду.

Полностью ионизированный

Полностью ионизированная плазма - это плазма, в которой ее атомы «голые», поскольку они потеряли все свои электроны. Следовательно, его катионы имеют высокий положительный заряд.

В случае кальция эта плазма будет состоять из катионов Ca ²⁰⁺ (ядер кальция) и множества высокоэнергетических электронов. Этот тип плазмы также известен как горячая плазма.

Примеры плазмы

Плазменные лампы и неоновые огни

Плазменные лампы позволяют безопасно и внимательно наблюдать за поведением вещества в этом состоянии. Источник: Pxhere.

Плазменные лампы - это артефакты, которые украсят любую спальню призрачным светом. Однако есть и другие объекты, где мы можем наблюдать состояние плазмы: в знаменитых неоновых огнях, содержание благородных газов в которых возбуждается прохождением электрического тока при низком давлении.

луч

Лучи, падающие из облаков, являются мгновенным и внезапным проявлением плазмы Земли.

Солнечные бури

Некоторые «частицы плазмы» образуются в ионосфере нашей планеты в результате постоянной бомбардировки солнечным излучением. Во вспышках или ударах Солнца мы видим огромное количество плазмы.

Северное сияние

Еще одно явление, связанное с плазмой, наблюдается на полюсах Земли: северное сияние. Этот огонь ледяного цвета напоминает нам, что такое же пламя на наших кухнях является еще одним обычным примером плазмы.

Электронные устройства

Плазма также является частью, в меньшей степени, электронных устройств, таких как телевизоры и мониторы.

Сварка и научная фантастика

Примеры плазмы также можно увидеть в сварочных процессах, в лазерных лучах, при ядерных взрывах, в световых мечах из «Звездных войн»; и вообще в любом оружии, напоминающем орудие разрушительной энергии.

Ссылки

1. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. (2008). Химия (8-е изд.). CENGAGE Обучение.
2. Центр изучения плазмы и термоядерного синтеза. (2020). Что такое плазма? Получено с: psfc.mit.edu
3. Национальный центр атмосферных исследований. (2020). Plasma. Получено с: scied.ucar.edu
4. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (11 февраля 2020 г.). Для чего используется плазма и из чего она сделана? Получено с: thinkco.com
5. Wikipedia. (2020). Плазма (физика). Получено с: en.wikipedia.org