Definición de Plasma (Estado de la Materia, Física y Química)
Licenciado en Física
El plasma es un fluido gaseoso en donde una fracción de este se encuentra ionizado, es decir, posee una cantidad considerable de iones y electrones libres, constituyendo el cuarto estado de agregación de la materia.
Sólido, líquido y gaseoso… Quizá la mayoría de nosotros estamos familiarizados con estos tres estados de la materia, no obstante, existe un cuarto estado de agregación que sigue del gaseoso y que muchas veces pasamos por alto. Se trata del plasma, un gas ionizado que podemos encontrar en las estrellas, las pantallas de plasma, el fuego, etc.
El plasma como estado de agregación
Cuando la materia está en estado sólido sus átomos o moléculas están sujetas a fuerzas de cohesión entre ellas y forman estructuras definidas. Si nosotros modificamos la temperatura o presión de un sólido de tal manera que sus moléculas comienzan a moverse más, eventualmente las fuerzas intermoleculares disminuyen y pasamos al estado líquido.
En el estado líquido las fuerzas de cohesión entre moléculas son menores que en el estado sólido. La materia en estado líquido posee una estructura menos organizada y por ello no tiene un volumen definido. Igual que en el caso anterior, si modificamos la temperatura o presión del líquido podemos hacer que cambie a estado gaseoso.
En un gas, las fuerzas intermoleculares son muy pequeñas y en algunos casos prácticamente nulas. Los gases son considerados fluidos en los que las moléculas que lo componen se mueven libremente. Al aumentar la temperatura o la presión de un gas se genera más movimiento de las moléculas que lo componen y también aumenta el número de colisiones. Estas colisiones pueden provocar que los electrones de ciertos átomos se liberen de sus orbitales y queden libres.
Es en este punto en que se genera un plasma, un gas ionizado con cierta cantidad de cationes (iones positivos) y electrones libres. Las cargas eléctricas libres hacen que los plasmas sean excelentes conductores eléctricos y que además respondan antes campos electromagnéticos.
Se podría decir que este nuevo estado de la materia fue estudiado por primera vez por William Crookes en sus experimentos con rayos catódicos en la década de 1880. No obstante, fue el físico Irving Langmuir quien en 1928 acuñó el término de “plasma” para referirse a este gas ionizado que posteriormente sería considerado otro estado de la materia.
El plasma en la Tierra y en el Universo
El plasma se considera el estado de agregación de la materia más abundante. Casi el 99% de la materia bariónica que podemos observar en el Universo está en estado plasmático.
Está claro que esto no aplica en nuestro planeta, ya que la mayoría de la materia que observamos aquí se encuentra en los otros tres estados de agregación. Sin embargo, hay ciertos lugares o fenómenos en dónde podemos observar materia en estado plasmático. Los rayos que podemos observar durante una tormenta eléctrica resultan de la ionización del gas de la atmósfera. La ionosfera que es la capa ionizada de la atmósfera debido a la radiación solar también es un plasma, así como las auroras polares que se pueden observar como resultado de la interacción entre el campo magnético terrestre y los vientos solares.
En el Universo podemos encontrar plasma en casi todos lados. Las estrellas en sí mismas son grandes esferas de plasma resultado de reacciones termonucleares que ocurren en sus núcleos. Además, el calor generado por las estrellas también ioniza el medio gaseoso que las rodea, en líneas generales podemos decir que el medio interestelar se trata también de un plasma. También, las estrellas suelen expulsar grandes chorros de partículas cargadas a los que llamamos “vientos solares” y que son materia en estado plasmático. Muchas de las nebulosas que se pueden observar en varios lugares del Universo no son más que gas ionizado que rodea a una o varias estrellas.
En nuestro día a día también podemos encontrar varios ejemplos del uso tecnológico que tiene el plasma. Las pantallas de plasma, como su nombre lo indica, utiliza compartimentos llenos de gases nobles que se ionizan y emiten luz. También podemos encontrar plasma en los tubos fluorescentes, en las luces de neón y en las lámparas de plasma que se utilizan con fines decorativos.
¿Un quinto estado de la materia?
Recientes experimentos realizados en condiciones extremas han logrado obtener lo que muchos consideran el quinto estado de agregación de la materia. Se trata del Plasma de Quarks y Gluones, un tipo de plasma conformado por quarks y gluones libres.
Los quarks y gluones son los componentes básicos de los protones y neutrones que forman los núcleos atómicos. El plasma de quarks y gluones se obtiene en aceleradores de partículas cuando se hacen colisionar núcleos pesados de plomo u oro. La colisión entre los núcleos genera la temperatura suficiente para que durante unos breves instantes los quarks y gluones queden libres y se forme dicho plasma.
Estudiar el plasma de quarks y gluones tiene especial relevancia debido a que durante los primeros instantes después del Big Bang y antes de la formación de los primeros átomos se cree que la materia existente estaba en este estado.
Trabajo publicado en: Jul., 2023.
Referencias
Isabel Tanarro. Plasma, El Cuarto Estado de la Materia. Dpto. de Física Molecular Inst. Estructura de la Materia.Arthur Beiser. (2003). Concepts of Modern Physics. United States: McGraw-Hill Higher Education.
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