ÉTAT DU PLASMA: CARACTÉRISTIQUES, TYPES ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

L' état du plasma est l'un des moyens fondamentaux par lesquels la matière peut s'agréger, et il est le plus prédominant dans l'univers observable. Le plasma est constitué d'un gaz chaud, brillant et fortement ionisé, à un point tel qu'il acquiert des propriétés uniques qui le différencient de l'état gazeux ou de tout autre gaz en particulier.

Nous voyons le plasma dispersé dans les étoiles du ciel nocturne. Comme il existe un nombre infini d'étoiles dans l'Univers, ainsi que des nébuleuses et d'autres entités célestes, il est considéré comme l'état le plus important de la matière. Sur Terre, il est considéré comme le quatrième état, après liquide, solide et gazeux.

Lampe plasma

Le Soleil est l'exemple le plus proche où l'on peut apprécier les caractéristiques du plasma en milieu naturel à des échelles massives. D'autre part, des phénomènes naturels se produisent sur Terre dans lesquels une apparition momentanée de plasma est déclenchée, comme le feu et la foudre dans les tempêtes.

Le plasma n'est pas seulement associé à des températures élevées (des millions de degrés kelvin), mais aussi à des potentiels électriques importants, à des lumières à incandescence et à une conductivité électrique infinie.

Caractéristiques du plasma

Le plasma des étoiles et des nébuleuses constitue pratiquement la totalité de l'Univers observable. Source: Pxhere.

Composition

La matière est composée de particules (molécules, atomes, ions, cellules, etc.), qui, selon l'efficacité et les forces avec lesquelles elles sont ajoutées, établissent un état solide, liquide ou gazeux.

Les particules de plasma sont constituées d'atomes chargés positivement, mieux connus sous le nom de cations (+) et d'électrons (-). Dans l'état plasmatique de la matière, on ne parle pas de molécules.

Les cations et les électrons vibrent à de très hautes fréquences montrant un comportement collectif et non individuel. Ils ne peuvent pas se séparer ou se déplacer sans que l'ensemble des particules ne soit perturbé.

Cela ne se produit pas, par exemple, avec les gaz, où leurs atomes ou molécules, bien qu'ils se heurtent, ont des interactions minimes et négligeables.

Formation

L'état de plasma se forme principalement lorsqu'un gaz s'ionise à la suite de son exposition à des températures très élevées.

Commençons par un glaçon. C'est un solide. Si elle est chauffée, la glace fondra en eau liquide. Ensuite, en chauffant à des températures plus élevées, l'eau commencera à bouillir et à s'échapper du liquide sous forme de vapeur, qui est un gaz. Jusqu'à présent, nous avons les trois états de la matière les plus connus.

Si la vapeur d'eau est chauffée à une température beaucoup plus élevée, dans des conditions favorables, il arrivera un moment où leurs liaisons se rompront pour former des atomes libres d'oxygène et d'hydrogène. Ensuite, les atomes absorbent tellement de chaleur que leurs électrons commencent à se propager dans l'environnement. Ainsi, des cations oxygène et hydrogène se sont formés.

Ces cations finissent par être enveloppés dans un nuage d'électrons, ajoutés par l'action de la communauté et les attractions électrostatiques. On dit alors qu'un plasma a été obtenu à partir de l'eau.

Dans ce cas, le plasma a été formé par l'action de l'énergie thermique. Cependant, des rayonnements hautement énergétiques (rayons gamma), ainsi que de grandes différences de potentiels électriques, peuvent également induire leur apparition.

Quasineutralité

Le plasma a la particularité d'être quasi neutre (presque neutre). En effet, le nombre d'électrons excités et libérés par les atomes a tendance à être égal aux amplitudes des charges positives des cations. Par exemple, considérons un atome de calcium gazeux qui perd un et deux électrons pour former les cations Ca ⁺ et Ca ^2+, respectivement:

Ca (g) + Énergie → Ca ⁺ (g) + e ^-

Ca ⁺ (g) + Énergie → Ca ²⁺ (g) + e ^-

Être le processus mondial:

Ca (g) + Énergie → Ca ²⁺ (g) + 2e ^-

Pour chaque Ca ²⁺ formé, il y aura deux électrons libres. S'il y a dix Ca ²⁺, alors ce sera vingt électrons, et ainsi de suite. Le même raisonnement s'applique pour les cations avec des amplitudes de charge plus élevées (Ca ³⁺, Ca ⁵⁺, Ca ⁷⁺, etc.). Les cations de calcium et leurs électrons font partie d'un plasma dans le vide.

Propriétés physiques

Le plasma semble généralement être un gaz liquide chaud, incandescent et hautement conducteur de l'électricité qui répond ou est sensible aux champs électromagnétiques. De cette manière, les plasmas peuvent être contrôlés ou bloqués en manipulant un champ magnétique.

Types de plasma

Partiellement ionisé

Un plasma partiellement ionisé est un plasma dans lequel les atomes n'ont pas perdu tous leurs électrons, et il peut même y avoir des atomes neutres. Dans l'exemple du calcium, il pourrait s'agir d'un mélange de cations Ca ²⁺, d' atomes de Ca et d'électrons. Ce type de plasma est également appelé plasma froid.

D'autre part, les plasmas peuvent être contenus dans des conteneurs ou des moyens isolants qui empêchent la diffusion de chaleur vers l'environnement.

Entièrement ionisé

Un plasma entièrement ionisé est celui dans lequel ses atomes sont «nus», car ils ont perdu tous leurs électrons. Par conséquent, ses cations ont des amplitudes élevées de charge positive.

Dans le cas du calcium, ce plasma serait composé de cations Ca ²⁰⁺ (noyaux de calcium) et de nombreux électrons de haute énergie. Ce type de plasma est également appelé plasma chaud.

Exemples de plasma

Lampes plasma et néons

Les lampes à plasma offrent une vue sûre et rapprochée du comportement de cet état de la matière. Source: Pxhere.

Les lampes à plasma sont des artefacts qui ornent n'importe quelle chambre de lumières fantomatiques. Cependant, il existe d'autres objets où l'on peut assister à l'état du plasma: dans les fameux néons, dont la teneur en gaz rares est excitée par le passage d'un courant électrique à basse pression.

Rayon

Les rayons qui tombent des nuages ​​sont une manifestation momentanée et soudaine du plasma terrestre.

Tempêtes solaires

Certaines «particules de plasma» se forment dans l'ionosphère de notre planète par le bombardement constant du rayonnement solaire. Dans les fusées éclairantes ou les fouets du Soleil, nous voyons d'énormes quantités de plasma.

Aurores boréales

Un autre phénomène lié au plasma est observé aux pôles de la Terre: les aurores boréales. Ce feu aux couleurs glacées nous rappelle que les mêmes flammes dans nos cuisines sont un autre exemple courant de plasma.

Appareils électroniques

Le plasma fait également partie, dans de plus petites proportions, d'appareils électroniques tels que les téléviseurs et les moniteurs.

Soudage et science-fiction

Des exemples de plasma sont également observés dans les procédés de soudage, dans les faisceaux laser, dans les explosions nucléaires, dans les sabres laser Star Wars; et de manière générale, dans toute arme qui ressemble à un canon à énergie destructeur.

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Centre de science et de fusion du plasma. (2020). Qu'est-ce que le plasma? Récupéré de: psfc.mit.edu
3. Centre national de recherche atmosphérique. (2020). Plasma. Récupéré de: scied.ucar.edu
4. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (11 février 2020). À quoi sert le plasma et de quoi est-il fait? Récupéré de: thinkco.com
5. Wikipédia. (2020). Plasma (physique). Récupéré de: en.wikipedia.org