حالت چهارم مواد

حالت چهارم مواد
” پلاسما ”
حالت های اصلی مواد را نام ببرید؟! این سوال شاید یکی از ساده ترین سوال هایی است که وقتی از ما پرسیده شود، بی درنگ پاسخ می دهیم: جامد، مایع ، گاز.
اما اگر بلافاصله از ما پرسیده شود که دنباله ی ستاره های دنباله دار، رعد و برق، شفق قطبی و طوفان های خورشیدی به کدام یک از حالات نام برده وجود دارند، دیگر نمی توانیم از بین این سه حالت یکی را به عنوان پاسخ صحیح در نظر بگیریم و به وجود حالت دیگری از مواد پی می بریم.
پلاسما حالت چهارم مواد است. پلاسما در واقع گازی است که همه و یا بسیاری از اتم های آن با اعمال انرژی یونیزه شده و هر کدام از این اتم ها، یک یا چند الکترون خود را از دست داده و به یون هایی با بار مثبت (کاتیون) تبدیل شده اند.
اگر یونیزاسیون به شدت رخ داده باشد تعداد بار های منفی ( الکترون ها) با تعداد بار های مثبت (کاتیون ها) تقریبا برابر است.

برای ایجاد پلاسما باید به اتم های گازی انرژی کافی اعمال شود، این انرژی می تواند به صورت های متفاوتی چون انرژی گرمایی، انرژی الکتریکی و یا حتی نور و… باشد.برای درک بهتر این موضوع بهتر است مثالی را بررسی کنیم؛ تکه یخ کوچکی را در نظر بگیرید، با افزایش انرژی و بالا رفتن دما یخ ذوب می شود و از حالت جامد به حالت مایع تغییر فاز می دهد.حال اگر افزایش انرژی ادامه یابد، آب تبخیر می شود و از حالت مایع به حالت گاز تغییر فاز می دهد.حال اگر به بخار حاصل انرژی بدهیم تا حدی که انرژی لازم برای یونش اتم های گازی فراهم شود، این اتم ها یونیزه می شوند و الکترون های خود را از دست می دهند و به یون هایی با بار مثبت تبدیل می شوند. این حالت از ماده پلاسما نامیده می شود که یکی از پر انرژی ترین حالت های مواد در طبیعت است.

پلاسما همانند گازها شکل و حجم مشخصی ندارد اما بر خلاف گاز ها باردار می باشد، هر گاز یونیزه ای را نمی توان به عنوان پلاسما در نظر گرفت ویژگی های مشخص و درجات متفاوتی از یونیزاسیون وجود دارند که اگر یک گاز یونیزه آن ها را داشته باشد، می تواند به عنوان پلاسما در نظر گرفته شود.
برخی از مهمترین این ویژگی ها عبارتند از:
۱. چگالی بار های مثبت و منفی تقریبا برابر باشد.
۲. الکترون ها در پلاسما با فرکانس خاصی نوسان می کنند.

نخستین بار شیمیدان امریکایی ایروینگ لانگمویر اصطلاح پلاسما را برای روش حمل الکترون ها و یون های مثبت در این مواد به جهت شباهت آن ها به پلاسمای خون که در بین سلول های خونی در جریان است، برای حالت چهارم مواد استفاده نمود.
همانطور که در ابتدا در قالب یک پرسش ذکر شد پدیده های طبیعی همچون شفق قطبی، طوفان های خورشیدی، رعد و برق به حالت پلاسما وجود دارند. اما پلاسما را می توان به صورت مصنوعی ساخت و برای اهداف متفاوتی استفاده نمود.
نمایشگر های پلاسما یکی از ساده ترین و کاربردی ترین مثال های استفاده از پلاسما به شمار می آیند.

نمایشگر های پلاسمایی از دو صفحه شیشه ای تشکیل شده اند که در بین آن ها پیکسل هایی قرار دارند. هر یک از پیکسل ها از سلول هایی دارند که با گاز هایی چون آرگون، نئون و یا زنون پر شده اند. هنگام برقراری و عبور جریان الکتریکی، گاز موجود در این سلول ها به صورت پلاسما یونیزه شده و امواج فرابنفش ساطع می کنند، این امواج توسط پوشش فسفری سلول ها جذب می شود و رنگ های آبی، قرمز یا سبز ساطع می شوند. با کنترل شدت جریان الکتریکی، شدت رنگ های ایجاد شده را می توان تغییر داد و ترکیب رنگ های مختلفی را ایجاد نمود.
شیمیدانان از نوع خاصی از پلاسما که توانایی تغییر و تخریب مواد شیمیایی خاصی را دارند، در از بین بردن انواع مختلفی از عوامل بیماری زا و ضدعفونی سطوح خاصی به کار می برند.
از پلاسما به عنوان یکی از پر انرژی ترین حالت های مواد انتظار می رود تا در آینده جهت تولید انرژی پاک و زیست تخریب پذیر استفاده شود.

نویسنده: نیلوفر یاوری
دانشجوی مقطع کارشناسی رشته شیمی کاربردی دانشگاه بوعلی سینا همدان

منابع:
http://ed.ted.com/lessons/solid-liquid-gas-and-plasma-michael-murillo

What is Plasma? – The Fourth State of Matter

http://www.livescience.com/54652-plasma.html