¿Es un plasma una fase distinta de la materia?

Para mayor claridad, aquí existe un concepto erróneo común sobre el plasma. Plasma, cuando se le presenta por primera vez a alguien que no sabe lo que es, se llama «El cuarto estado de la materia», lo cual es una descripción inexacta del mismo. Dado que este término se usa para introducir a alguien al plasma, no es gran cosa.

Cuando un material cambia de una fase distinta a otra, pasa por un proceso físico llamado transición de fase . Cuando el gas se convierte en plasma, no pasa por la transición de fase estándar . Por lo tanto, el plasma, en un sentido general, no puede considerarse como una fase distinta en las fases sólida, líquida y gaseosa. Es una fase del estado gaseoso. Sin embargo, en algunos casos raros, la transición de gas a plasma se puede describir como fase transición.

El plasma, por definición, es una mezcla de electrones libres y sus iones (posiblemente iones negativos). Necesita suficiente energía para liberar electrones de los átomos. En términos generales , cuando pones esa energía en un sólido, la energía puede disiparse en forma de calor. Si pones esa energía en un licuado, la energía podría disiparse en vaporización. Si lo pones en un gas, se rompe átomos y moléculas (creando plasma). La siguiente figura lo aclara

Esperamos que haya sido útil

Comentarios

• Yo ‘ no tan seguro de que el plasma no ‘ no merece un lugar como un estado separado de la materia simplemente porque la ionización y la recombinación no ocurren a una sola temperatura. El plasma tiene un grado de ionización bien definido y sus propiedades son fundamentalmente diferentes a todos los demás estados de la materia. Vea la respuesta de @ChinYeh ‘. Tengo varios libros de texto de física del plasma que lo llaman explícitamente un cuarto estado de la materia. En cierto sentido, esta pregunta es similar a » ¿Plutón es un planeta? «, pero creo que ‘ es importante llamar más la atención sobre las propiedades del estado que sobre sus transiciones.
• Solo un detalle: ¿podemos ‘ t evitamos la transición de fase líquido-vapor en, por ejemplo, agua rodeando el punto crítico en el espacio temperatura-presión? Entonces, si evitar una transición de fase adecuada es suficiente para declarar que el plasma es la misma fase que el gas, ¿no ‘ t eso también significa que el líquido es parte de esa misma fase? Esto probablemente está llevando la definición más allá de lo que se pretendía, pero ‘ es algo en lo que pensar.

Se dice que el plasma es una fase distinta porque no observa la descripción habitual y las leyes físicas que se utilizan para describir los 3 estados habituales de la materia, en varios aspectos:

• El plasma no está en equilibrio. A menudo, está lejos de un equilibrio. Por lo tanto, la termodinámica no se puede utilizar para explicar.
• El plasma está hecho de partículas sueltas, pero estas partículas no siguen la teoría cinética de los gases . La ley de los gases ideales ni siquiera es una primera aproximación para modelar un plasma.
• Las partículas de plasma no siguen una distribución de velocidad estadística (distribución de Maxwell).
• El plasma debe tener dos (o más) componentes independientes. Estos componentes deben llevar cargas. Uno está hecho de electrones, el otro de cationes. Son los electrones los que son más activos para decidir las propiedades del plasma.
• A diferencia de los gases, líquidos y sólidos (moleculares), las partículas de plasma ejercen fuertes fuerzas entre sí.
• No existe una sola temperatura que caracterice al plasma. Esto significa dos cosas.Uno, el plasma no es una fase clara, por lo tanto, no hay una temperatura de transición de fase clara, como la fusión o la ebullición, para el plasma. Dos, una temperatura puede no ser suficiente para describir un plasma. La temperatura de los electrones a menudo puede ser más alta que la del resto del plasma.
• El plasma se puede confinar mediante fuerza magnética (no necesita una pared del recipiente).
• A diferencia de otros 3 estados, el plasma es principalmente inestable.

En la última parte, tiene dos preguntas que equivalen a «¿Qué hace que el plasma sea un plasma?» Se requiere ionización para formar un plasma, pero no hay un requisito de temperatura específico. El plasma puede existir en el espacio interestelar a alrededor de 100 K y en laboratorios controlados a cerca de 0 K. El grado de ionización generalmente se representa como la proporción de iones cargados a núcleos totales (cargados más neutros) en un gas, y solo un pequeño grado de ionización (a veces por debajo del 1%) es suficiente para hacer que un gas se comporte como un plasma.

Para ser claros, un plasma no es lo mismo que un fluido iónico , que no es el resultado de la ionización sino que está hecho de cationes y aniones. La ionización significa que los electrones se liberan de átomos o moléculas. Un fluido iónico es una sal en estado líquido.

Comentarios

• Para beneficio de los futuros lectores: varios de estos puntos son incorrectos. » [El plasma] no sigue la teoría cinética de los gases. » Falso: la teoría cinética de los gases es una descripción excelente de los procesos de transporte en muchos plasmas , incluida la ley de los gases ideales. » … no siguen una distribución de velocidad estadística » Falso – por supuesto que sí, y a menudo cada especie es aproximadamente maxwelliano. » … debe tener dos … componentes independientes » Falso: existen plasmas de electrones puros e iones puros y exhiben muchos de los fenómenos colectivos (modo plasmón, detección de Debye, etc.) asociados con el plasma.

Excepto plasma fue el primer estado de la materia, no el cuarto. Toda la materia formada a partir del plasma, no se convierte de materia en plasma, sino de plasma en materia. Es por eso que el 99% del universo es plasma. Los electrones nunca fueron despojados de los átomos, nunca fueron parte del átomo hasta que se unieron a la energía eléctrica del plasma para formar gases, líquidos y sólidos.

http://home.web.cern.ch/about/physics/heavy-ions-and-quark-gluon-plasma «Durante unas millonésimas de segundo, poco después del Big Bang, el universo se llenó de una sopa densa y sorprendentemente caliente hecha de todo tipo de partículas que se mueven a la velocidad de la luz. Esta mezcla estaba dominada por quarks – pedazos fundamentales de materia – y por gluones, portadores de la fuerza fuerte que normalmente «unen» los quarks en protones y neutrones familiares y otras especies. En esos primeros momentos evanescentes de temperatura extrema, sin embargo, los quarks y gluones se unieron solo débilmente, libres para moverse por sí mismos en lo que se llama plasma de quark-gluón «

Y supuestamente después de más de 13 mil millones de años, solo menos del 1% de de ese plasma se ha unido a sólidos, líquidos y gases. El resto se ha unido en una mezcla de iones y electrones, condensados de ese estado de quark / gluón.

Verlo como formado a partir de sólidos, líquidos y gases es un punto de vista incorrecto, no apoyado en absoluto por Ciencias. Los sólidos, líquidos y gases se forman a partir de plasma.

Comentarios

• No ‘ no creo el orden de tiempo es el problema aquí. Estoy ‘ seguro de que todos están de acuerdo en que puede ir en ambos sentidos. Además, mientras que el universo comenzó como un plasma, la mayor parte del material se convirtió en gas neutro en la recombinación unos cientos de miles de años después de la Big Bang. Luego fue reionizado unos cientos de millones de años después.
• Esto no ‘ realmente parece responder la pregunta.
• Además, el plasma de quark-gluón realmente no era ‘ un plasma en el sentido del que habla el OP, pero otro estado de materia donde los quarks y gluones están deslocalizados.