プラズマ状態：特性、種類、例 - 化学

プラズマ状態は問題で集計可能な基本的な方法の一つであり、それは観測可能な宇宙の中で最も支配的です。プラズマは、高温で明るくイオン化されたガスで構成されており、ガス状態や他のガスとは異なる独自の特性を獲得します。

夜空の星にプラズマが散乱しているのが見えます。宇宙には無数の星があり、星雲やその他の天体も存在するため、最も重要な物質の状態と考えられています。地球上では、液体、固体、気体に続く4番目の状態と見なされます。

プラズマランプ

太陽は、大規模な自然環境におけるプラズマの特性を評価できる最も近い例です。一方、自然現象は、嵐や嵐の中の火や落雷など、プラズマの瞬間的な出現が引き起こされる地球上で発生します。

プラズマは、高温（数百万ケルビン度）に関連するだけでなく、大きな電位、白熱灯、および無限の電気伝導率にも関連しています。

プラズマ特性

星と星雲のプラズマは、実際には観測可能な宇宙全体を構成しています。出典：Pxhere。

組成

物質は粒子（分子、原子、イオン、細胞など）で構成され、それらは効果とそれらが追加される力に応じて、固体、液体、または気体の状態を確立します。

プラズマ粒子は、陽イオン（+）および電子（-）として知られる、正に帯電した原子で構成されます。物質のプラズマ状態では、分子の話はありません。

陽イオンと電子は非常に高い周波数で振動し、個人の行動ではなく集合的な行動を示します。パーティクルのセット全体が乱されることなく、それらを分離したり移動したりすることはできません。

これは、例えば、それらの原子または分子が互いに衝突するが最小の無視できる程度の相互作用しか持たないガスでは発生しません。

トレーニング

プラズマ状態は主に、ガスが非常に高温にさらされた結果としてイオン化したときに形成されます。

最初にアイスキューブから始めましょう。これはしっかりしています。加熱すると、氷は溶けて液体の水になります。次に、高温に加熱すると、水が沸騰し始め、気体である蒸気として液体から漏れます。これまでのところ、3つの最もよく知られている物質の状態があります。

水蒸気がはるかに高い温度に加熱されると、好ましい条件下では、それらの結合が壊れて遊離酸素と水素原子が形成される時が来ます。次に、原子は非常に多くの熱を吸収して、電子が周囲に飛び出し始めます。したがって、酸素および水素カチオンが形成されている。

これらの陽イオンは、コミュニティの作用と静電引力によって追加された電子の雲に包まれてしまいます。そして、プラズマは水から得られたと言われています。

この場合、プラズマは熱エネルギーの作用によって形成されました。ただし、高エネルギー放射線（ガンマ線）だけでなく、電位の大きな違いも、それらの外観を引き起こす可能性があります。

準中性

血漿は、準中性（ほぼ中性）であるという特性があります。これは、原子から励起および放出される電子の数が、陽イオンの正電荷の大きさに等しい傾向があるためです。たとえば、1つおよび2つの電子を失ってそれぞれカチオンCa ⁺およびCa ²⁺を形成するガス状カルシウム原子を考えてみます。

Ca（G）+エナジー→カルシウム⁺（G）+ E ^-

カルシウム⁺（G）+エネルギー→CA ²⁺（G）+ E ^-

グローバルなプロセスであること：

Ca（G）+エネルギー→CA ²⁺（G）+ 2E ^-

形成されるすべてのCa ²⁺に対して、2つの自由電子があります。Ca ²⁺が10個ある場合、20個の電子になります。同じ理由が、より高い電荷量のカチオン（Ca ³⁺、Ca ⁵⁺、Ca ⁷⁺など）にも当てはまります。カルシウムカチオンとその電子は、真空中でプラズマの一部になります。

物理的特性

プラズマは一般に、電磁場に反応するか、または電磁場の影響を受けやすい、熱く光る、導電性の高い液体ガスであるように見えます。このようにして、磁場を操作することにより、プラズマを制御またはロックすることができます。

プラズマの種類

部分的にイオン化

部分的にイオン化されたプラズマは、原子がすべての電子を失っていないプラズマであり、中性の原子が存在することもあります。カルシウムの例では、Ca ²⁺カチオン、Ca 原子、および電子の混合物である可能性があります。このタイプのプラズマは、コールドプラズマとも呼ばれます。

一方、プラズマは、周囲への熱の拡散を防ぐ容器または断熱手段に含めることができます。

完全にイオン化

完全に電離したプラズマは、電子がすべて失われたため、原子が「裸」になっているプラズマです。したがって、そのカチオンは正の電荷の大きさが大きいです。

カルシウムの場合、このプラズマはCa ²⁰⁺カチオン（カルシウム核）と多くの高エネルギー電子で構成されます。このタイプのプラズマは、ホットプラズマとも呼ばれます。

プラズマの例

プラズマランプとネオンライト

プラズマランプは、この物質の状態がどのように動作するかを安全かつ詳細に表示します。出典：Pxhere。

プラズマランプは、寝室を幽霊のようなライトで飾るアーティファクトです。しかし、プラズマ状態を目撃できる他のオブジェクトがあります。有名なネオンライトでは、低圧で電流を流すことによって希ガスが励起されます。

レイ

雲から降り注ぐ光線は、地上のプラズマの瞬間的かつ突然の現れです。

太陽嵐

いくつかの「プラズマ粒子」は、太陽放射の絶え間ない衝突によって私たちの惑星の電離層で形成されます。太陽のフレアや鞭には、大量のプラズマが見られます。

オーロラ

プラズマに関連する別の現象は、地球の極で観測されます：オーロラ。氷のような色の火は、キッチンの同じ炎がプラズマのもう1つの日常的な例であることを思い出させます。

電子機器

プラズマはまた、テレビやモニターなどの電子機器の一部ですが、割合は少ないです。

溶接とSF

プラズマの例は、溶接プロセス、レーザービーム、核爆発、スターウォーズのライトセーバーでも見られます。そして一般的に言えば、破壊的なエネルギーの大砲に似ているあらゆる武器で。

参考文献

ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学（第8版）。CENGAGEラーニング。
プラズマ科学と核融合センター。（2020）。プラズマとは？から回復：psfc.mit.edu
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ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2020年2月11日）。プラズマは何に使用され、何でできていますか？から回復：thoughtco.com
ウィキペディア。（2020）。プラズマ（物理学）。から回復：en.wikipedia.org

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