Los estados de la materia incluyen sólidos, líquidos, gases, plasma y condensados de Bose-Einstein. El plasma es el cuarto estado de la materia y consiste en partículas cargadas eléctricamente que responden a campos electromagnéticos. El plasma es el estado más común en el universo y se encuentra en el sol y otras estrellas. El plasma también se puede crear en la Tierra mediante calentamiento de gases o aplicación de campos electromagnéticos.
1. Los estados de la materia:
De los 5 estados de la materia: Solido, Liquido, Gaseoso, Plasma
y Condensado de Bose-Einstein, los 3 primeros son muy
conocidos y estudiados, pero los 2 últimos son como que son
menos conocidos y estudiados son los “descolados” por eso los
vamos a exponer aquí:
3. Concepto General del estado:
Se denomina plasma al cuarto estado de agregación de la materia, un estado
fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus
partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio
electromagnético, por lo que es un buen conductor eléctrico y sus partículas
responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance.
El plasma es el estado de agregación más abundante de la naturaleza, y la
mayor parte de la materia en el Universo visible se encuentra en estado de
plasma, la mayoría del cual es el enrarecido plasma intergaláctico
(particularmente el medio del intracluster) y en las estrellas.
4. Primera vez:
En 1923, el químico estadunidense Irving Langmuir empezó a investigar
concienzudamente las descargas eléctricas en los gases, cuando ya se sabía que
éstas ionizaban a los átomos del gas; en 1929 usó por primera vez el término
plasma en el informe de un trabajo que realizaba con otro científico
estadunidense, Levy Tonks, para describir la nube rojiza de electrones que veía
oscilar en el interior del gas durante la descarga. Esta nube de electrones
brillaba y se movía como una sustancia gelatinosa que recordó a Langmuir el
plasma de la sangre. Fue Langmuir también el primero en notar la separación
de plasmas de diferentes densidades, temperaturas o intensidades magnéticas
en regiones semejantes a las células, separadas por corrientes eléctricas.
6. Primeros desarrolos:
En 1936, el físico soviético Lev Landau, uno de los más grandes científicos del
siglo XX desarrolló la teoría estadística que describe el plasma y en 1942, el
extraordinario científico sueco Hannes Alfvén (ganador del premio Nobel de
física en 1970) desarrolló las ecuaciones que describen el movimiento de un
fluido eléctrico en presencia de campos magnéticos. Tiempo después, el mismo
Landau describió matemáticamente la interacción entre las partículas y las
ondas en un plasma, la cual es muy importante para el entendimiento de los
plasmas calientes tanto en las estrellas como en el laboratorio. Se considera que
la física de plasmas moderna nació con estos trabajos. Sin embargo, no fue sino
hasta 1952 cuando otros dos físicos estadounidenses, David Bohm y David
Pines, consideraron por primera vez los movimientos colectivos de los
electrones en los metales, que la aplicabilidad general del concepto del plasma
se apreció totalmente.
7. Método de obtención:
El plasma está constituido por cationes (es decir, átomos con carga eléctrica
positiva porque han perdido algunos de sus electrones), electrones y neutrones.
Se trata, pues, de un puñado de partículas que se mueven sin orden aparente. Para
confinar un plasma en un espacio determinado se aplican campos magnéticos. El
plasma es el estado en el que se encuentra la materia que constituye los cuerpos
más masivos del Universo: las estrellas. Sin ir más lejos, el Sol es, en sí mismo,
un plasma gigantesco, lleno de átomos de hidrógeno y helio que han perdido total
o parcialmente sus electrones como consecuencia de las elevadísimas
temperaturas que se generan (de hasta 15 millones de grados centígrados). Para
conseguir un plasma, sin embargo, no es necesario aplicar temperaturas tan
elevadas. De hecho, con una vela y una cerilla tenemos suficiente. La corona
anaranjada que a veces se observa en la llama de una vela es producto de la
disociación e ionización de las moléculas del aire y constituye un plasma de baja
densidad y temperatura.
8. Ejemplo del estado:
1ª etapa: En este experimento se introduce una llama (una cerilla o un pedacito de papel
ardiendo en este caso) dentro de un microondas en el que cual se coloca una recipiente
transparente boca abajo, para lograr confinar el plasma.
2ª etapa: Al comenzar a funcionar el microondas se observaran una serie de chispazos que
finalmente dan lugar a una especie de bola de fuego que asciende hacia la parte superior del
recipiente que hemos dispuesto boca abajo. Esa bola es el plasma.
La explicación a este fenómeno es que las moléculas que han perdido electrones formando
el plasma, es decir, la llama del papel ardiendo, tienden a subir, alejándose del papel.
Debido a esto pierden temperatura y vuelven a captar los electrones que previamente han
cedido. Al encontrarse dentro del microondas, lo que se logra es que los iones capten esa
energía microondas siendo capaces de no volver a captar esos electrones. Es decir, se genera
un primer plasma (la llama), y se usa como fuente para un segundo plasma que se alimenta
por microondas (la bola de fuego que confinamos en el recipiente invertido
9. Características principales del estado:
El plasma presenta características propias que no se dan en los sólidos, líquidos o gases,
por lo que es considerado otro estado de agregación de la materia. Como el gas, el plasma
no tiene una forma definida o un volumen definido, a no ser que esté encerrado en un
contenedor; pero a diferencia del gas en el que no existen efectos colectivos importantes,
el plasma bajo la influencia de un campo magnético puede formar estructuras como
filamentos, rayos y capas dobles.2 Los átomos de este estado se mueven libremente;
cuanto más alta es la temperatura más rápido se mueven los átomos en el gas y en el
momento de colisionar la velocidad es tan alta que se produce un desprendimiento de
electrones.3
Calentar un gas puede ionizar sus moléculas o átomos (reduciendo o incrementado su
número de electrones para formar iones), convirtiéndolo en un plasma.4 La ionización
también puede ser inducida por otros medios, como la aplicación de un fuerte campo
electromagnético mediante un láser o un generador de microondas, y es acompañado por
la disociación de los enlaces covalentes, si están presentes.5
10. Aplicaciones:
El estado de plasmas puede encontrar aplicación en diversas áreas:9
Descargas de gas (electrónica gaseosa).
Fusión termonuclear controlada.
Física del espacio.
Astrofísica moderna.
Conversión de energía de MHD (magneto hidro dinámica) y propulsión iónica.
Plasmas de estado sólido.
Láseres de gas.
