حالة البلازما: الخصائص والأنواع والأمثلة - كيمياء - 2025

تعد حالة البلازما إحدى الطرق الأساسية التي يمكن للمادة أن تتجمع من خلالها ، وهي الأكثر انتشارًا في الكون المرئي. تتكون البلازما من غاز ساخن ومشرق وعالي التأين لدرجة أنه يكتسب خصائص فريدة تميزه عن الحالة الغازية أو أي غاز آخر على وجه الخصوص.

نرى البلازما متناثرة في نجوم سماء الليل. نظرًا لوجود عدد لا نهائي من النجوم في الكون ، بالإضافة إلى السدم والكيانات السماوية الأخرى ، فهي تعتبر أهم حالة للمادة. تعتبر على الأرض الحالة الرابعة بعد السائل والصلب والغازي.

مصباح بلازما

الشمس هي أقرب مثال حيث يمكننا تقدير خصائص البلازما في بيئة طبيعية على نطاقات ضخمة. من ناحية أخرى ، تحدث ظواهر طبيعية على الأرض ينطلق فيها ظهور مؤقت للبلازما ، مثل النار والبرق في العواصف.

لا ترتبط البلازما فقط بدرجات الحرارة المرتفعة (ملايين درجة كلفن) ، ولكن أيضًا بالإمكانيات الكهربائية الكبيرة ، والأضواء المتوهجة ، والتوصيل الكهربائي اللانهائي.

خصائص البلازما

تشكل بلازما النجوم والسدم عمليا مجمل الكون المرئي. المصدر: Pxhere.

تكوين

تتكون المادة من جزيئات (جزيئات ، ذرات ، أيونات ، خلايا ، إلخ) ، والتي ، اعتمادًا على الفعالية والقوى التي تضاف بها ، تنشئ حالة صلبة أو سائلة أو غازية.

تتكون جسيمات البلازما من ذرات موجبة الشحنة ، والمعروفة باسم الكاتيونات (+) والإلكترونات (-). في حالة المادة البلازمية لا يوجد حديث عن الجزيئات.

تهتز الكاتيونات والإلكترونات بترددات عالية جدًا تظهر سلوكًا جماعيًا وليس فرديًا. لا يمكنهم الانفصال أو التحرك دون إزعاج مجموعة الجسيمات بأكملها.

لا يحدث هذا على سبيل المثال مع الغازات ، حيث أن ذراتها أو جزيئاتها ، على الرغم من اصطدامها مع بعضها البعض ، لها تفاعلات قليلة ومهملة.

تدريب

تتشكل حالة البلازما بشكل أساسي عندما يتأين الغاز نتيجة تعرضه لدرجات حرارة عالية جدًا.

لنبدأ بمكعب ثلج أولاً. هذا صلب. إذا تم تسخينه ، سيذوب الثلج في ماء سائل بعد ذلك ، بالتسخين إلى درجات حرارة أعلى ، سيبدأ الماء في الغليان والهروب من السائل كبخار ، وهو غاز. حتى الآن لدينا أفضل ثلاث حالات للمادة المعروفة.

إذا تم تسخين بخار الماء إلى درجة حرارة أعلى بكثير ، في ظل ظروف مواتية ، سيأتي وقت تنكسر فيه روابطها لتكوين ذرات أكسجين وهيدروجين حرة. ثم تمتص الذرات الكثير من الحرارة بحيث تبدأ إلكتروناتها في الانطلاق إلى المناطق المحيطة بها. وهكذا ، تم تكوين كاتيونات الأكسجين والهيدروجين.

ينتهي الأمر بهذه الكاتيونات ملفوفة في سحابة من الإلكترونات ، مضافة بفعل المجتمع والجاذبية الكهروستاتيكية. يقال بعد ذلك أنه تم الحصول على بلازما من الماء.

في هذه الحالة ، تشكلت البلازما بفعل الطاقة الحرارية. ومع ذلك ، يمكن للإشعاع عالي الطاقة (أشعة جاما) ، وكذلك الاختلافات الكبيرة في الإمكانات الكهربائية ، أن يحفز ظهورها.

شبه الحياد

تتميز البلازما بأنها شبه محايدة (محايدة تقريبًا). وذلك لأن عدد الإلكترونات المُثارة والمنبعثة من الذرات يميل إلى أن يكون مساويًا لأحجام الشحنات الموجبة للكاتيونات. على سبيل المثال ، ضع في اعتبارك أن ذرة الكالسيوم الغازية تفقد إلكترونًا واحدًا واثنين من الإلكترونات لتكوين الكاتيونات Ca ⁺ و Ca ^{2+ ،} على التوالي:

Ca (g) + Energy → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Energy → Ca ²⁺ (g) + e ^-

كونها العملية العالمية:

Ca (g) + Energy → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

لكل Ca ²⁺ التي يتم تكوينها سيكون هناك إلكترونان حرتان. إذا كان هناك عشرة Ca ²⁺ ، فسيكون عشرين إلكترونًا ، وهكذا. ينطبق نفس المنطق على الكاتيونات ذات المقادير الأعلى من الشحن (Ca ³⁺ ، Ca ⁵⁺ ، Ca ⁷⁺ ، إلخ). تصبح كاتيونات الكالسيوم وإلكتروناتها جزءًا من البلازما في الفراغ.

الخصائص الفيزيائية

يبدو أن البلازما عمومًا عبارة عن غاز سائل ساخن ومتوهج وعالي التوصيل للكهرباء يستجيب للمجالات الكهرومغناطيسية أو يكون عرضة لها. بهذه الطريقة ، يمكن التحكم بالبلازما أو حبسها عن طريق معالجة المجال المغناطيسي.

أنواع البلازما

مؤين جزئيا

البلازما المتأينة جزئيًا هي البلازما التي لم تفقد فيها الذرات كل إلكتروناتها ، وقد تكون هناك ذرات متعادلة. في مثال الكالسيوم يمكن أن يكون خليط من Ca ²⁺ كاتيونات ، ذرات Ca ، وإلكترونات. يُعرف هذا النوع من البلازما أيضًا بالبلازما الباردة.

من ناحية أخرى ، يمكن احتواء البلازما في حاويات أو وسائل عازلة تمنع انتشار الحرارة إلى المناطق المحيطة.

مؤين بالكامل

البلازما المتأينة بالكامل هي التي تكون فيها ذراتها "عارية" ، لأنها فقدت كل إلكتروناتها. لذلك ، فإن الكاتيونات لها شحنة موجبة عالية.

في حالة الكالسيوم ، تتكون هذه البلازما من Ca ²⁰⁺ كاتيونات (نوى الكالسيوم) والعديد من الإلكترونات عالية الطاقة. يُعرف هذا النوع من البلازما أيضًا بالبلازما الساخنة.

أمثلة على البلازما

مصابيح البلازما وأضواء النيون

توفر مصابيح البلازما رؤية آمنة ودقيقة لكيفية تصرف هذه الحالة من المادة. المصدر: Pxhere.

مصابيح البلازما هي قطع أثرية تزين أي غرفة نوم بأضواء شبحية. ومع ذلك ، هناك أشياء أخرى يمكننا أن نشهد فيها حالة البلازما: في أضواء النيون الشهيرة ، التي يكون محتواها من الغاز النبيل متحمسًا بمرور تيار كهربائي عند ضغوط منخفضة.

شعاع

الأشعة التي تسقط من الغيوم هي مظهر مؤقت ومفاجئ للبلازما الأرضية.

العواصف الشمسية

تتشكل بعض "جسيمات البلازما" في طبقة الأيونوسفير لكوكبنا عن طريق القصف المستمر للإشعاع الشمسي. في وهج أو سياط الشمس نرى كميات هائلة من البلازما.

الشفق القطبي

ظاهرة أخرى تتعلق بالبلازما لوحظت في قطبي الأرض: الأضواء الشمالية. تذكرنا تلك النار ذات الألوان الجليدية بأن نفس اللهب في مطابخنا هو مثال روتيني آخر للبلازما.

أجهزة الإلكترونيات

تعد البلازما أيضًا جزءًا ، بنسب أصغر ، من الأجهزة الإلكترونية مثل أجهزة التلفزيون والشاشات.

اللحام والخيال العلمي

تظهر أمثلة من البلازما أيضًا في عمليات اللحام ، في أشعة الليزر ، في الانفجارات النووية ، في Star Wars lightabers ؛ وبصفة عامة ، في أي سلاح يشبه مدفع الطاقة المدمرة.

المراجع

1. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. (2008). كيمياء (الطبعة الثامنة). سينجاج ليرنينج.
2. مركز علوم البلازما والانصهار. (2020). ما هي البلازما؟ تم الاسترجاع من: psfc.mit.edu
3. المركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي. (2020). بلازما. تم الاسترجاع من: scied.ucar.edu
4. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (11 فبراير 2020). ما هي استخدامات البلازما وما هي مكوناتها؟ تم الاسترجاع من: thinkco.com
5. ويكيبيديا. (2020). بلازما (فيزياء). تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org