هناك أربع حالات للمادة: الصلبة والسائلة والغازية والبلازما. على سبيل المثال ، يمكن أن يتكون الغاز من ذرات فردية (مثل الغازات النبيلة النيون) أو جزيئات عنصرية مثل الأكسجين تتكون من مجموعة متنوعة من الذرات. الذرات أو الجزيئات التي أزيلت إلكترونًا واحدًا أو أكثر من الإلكترونات المدارية (أو ، في حالات نادرة ، تمت إضافة إلكترون إضافي) والإلكترونات الحرة تتحد لتشكل بلازما.
الغاز مقابل البلازما
الفرق بين الغاز والبلازما هو أن كلا الحالتين مهمتان لكنهما اختلفتا بسبب الخصائص التي يمتلكانها. كلاهما مختلف عندما يتعلق الأمر بالجزيئات الموجودة فيهما. يتم فصل جزيئات الغاز عن بعضها البعض على نطاق واسع ولا يمكنها إجراء الموصلية الكهربائية من خلالها بينما تكون الموصلية الكهربائية في البلازما عالية بسبب الجزيئات المعبأة بشكل وثيق في البلازما.
الشكل والحجم غير المحددين يميزان حالة مادة تعرف باسم "الغاز". على عكس الغازات ، فإن المواد الصلبة والسوائل لها كثافة أقل. بين الجسيمات التي تحتوي على الكثير من الطاقة الحركية ، هناك مساحة كبيرة. تنتقل الجسيمات بسرعة وتتفاعل ، مما يجعلها تتشتت أو تنتشر حتى يتم توزيعها بشكل موحد عبر حجم الحاوية.
يشار إلى الحالة الرابعة للمادة بالبلازما. تسخين الغاز حتى تحصل إلكتروناته على طاقة كافية للهروب من قبضة النواة الموجبة الشحنة ينتج البلازما. تنشأ الأيونات عندما تنكسر الوصلات الجزيئية وتتلقى الذرات الإلكترونات أو تفقدها. يمكن استخدام الليزر أو مولد الميكروويف أو أي مجال كهرومغناطيسي قوي آخر لإنتاج البلازما.
جدول المقارنة بين الغاز والبلازما
| معلمات المقارنة | غاز | بلازما |
| نوع | الحالة الثالثة للمادة | الحالة الرابعة للمادة |
| تعريف | مادة أو مادة في حالة التمدد بحرية لملء السعة الكاملة للحاوية ، بدون شكل محدد (على عكس المادة الصلبة) أو حجم (على عكس السائل). | غاز مؤين يحتوي على نسبة مئوية من الأيونات الموجبة والإلكترونات الحرة التي لا ينتج عنها شحنة كهربائية كلية تقريبًا ، غالبًا عند ضغوط منخفضة أو عند درجات حرارة عالية جدًا |
| موصلية التيار الكهربائي | منخفظ جدا | عالي جدا |
| القدرة على العمل بشكل مستقل | واحد | اثنان أو أكثر |
| توزيع السرعة | ماكسويليان | غير ماكسويل |
| التفاعلات في الجزيئات | الثنائية | جماعي |
ما هو الغاز؟
مع الحالة الصلبة والسائلة والبلازما مثل الحالات الثلاث الأخرى للمادة التي تشكل الحالات الأساسية الأربع للمادة ، يكون الغاز واحدًا. يمكن للذرات الفردية (مثل الغاز النبيل مثل النيون) أو الجزيئات الأولية أو الجزيئات المعقدة المكونة من ذرات متنوعة أن تشكل غازًا نقيًا (مثل ثاني أكسيد الكربون). يتكون خليط الغاز ، مثل الهواء ، من مجموعة متنوعة من الغازات النقية. يتميز الغاز عن السوائل والمواد الصلبة بالفصل الواسع لجزيئات غاز معينة.
قد تتوفر نسبة معينة من الجسيمات المحايدة ، اعتمادًا على درجة الحرارة والكثافة ، وفي هذه الحالة يُشار إلى البلازما على أنها متأينة جزئيًا. تشمل البلازما المتأينة جزئيًا إشارات النيون والإضاءة. نظرًا لأن البلازما غير محددة جيدًا ، على عكس الحالات الثلاث الأخرى للمادة ، فهي مسألة تفسير وسياق.
الضغط والحجم وعدد الجسيمات ودرجة الحرارة أربعة عوامل فيزيائية أو خصائص عيانية تجعل من الصعب مراقبة معظم الغازات على الفور.
لاحظ العلماء روبرت بويل وجاك تشارلز وجون دالتون وجوزيف جاي لوساك وأميديو أفوجادرو باستمرار هذه السمات المميزة الأربعة لمجموعة متنوعة من الغازات في بيئات متنوعة. في النهاية ، نتج عن بحثهم الشامل علاقة رياضية بين هذه الصفات وفق قانون الغاز المثالي.
ما هي البلازما؟
تعد البلازما ، التي بحث عنها إيرفينغ لانجموير على نطاق واسع في عشرينيات القرن الماضي ، واحدة من أربع حالات أساسية للمادة. تتكون غازات الأيونات من ذرات أو جزيئات أسقطت واحدًا أو أكثر من الإلكترونات المدارية وكذلك الإلكترونات الحرة ، والبلازما هي الشكل الأكثر شيوعًا للمادة القياسية في الكون ، بصرف النظر عن المادة المظلمة والطاقة المظلمة الأكثر مراوغة. عادةً ما ترتبط البلازما بالنجوم ، مثل نجمنا ، ولكن يمكن العثور عليها أيضًا في الوسط المركّز داخل العنقود وربما في مناطق بين الكواكب.
قد تتوفر نسبة معينة من الجسيمات المحايدة ، اعتمادًا على درجة الحرارة والكثافة ، وفي هذه الحالة يُشار إلى البلازما على أنها متأينة جزئيًا. تشمل البلازما المتأينة جزئيًا إشارات النيون والإضاءة. نظرًا لأن البلازما غير محددة جيدًا ، على عكس الحالات الثلاث الأخرى للمادة ، فهي مسألة تفسير وسياق.
قد تتوفر نسبة معينة من الجسيمات المحايدة ، اعتمادًا على درجة الحرارة والكثافة ، وفي هذه الحالة يُشار إلى البلازما على أنها متأينة جزئيًا. تشمل البلازما المتأينة جزئيًا إشارات النيون والإضاءة. نظرًا لأن البلازما غير محددة جيدًا ، على عكس الحالات الثلاث الأخرى للمادة ، فهي مسألة تفسير وسياق. ووفقًا للظاهرة المعنية ، يجب تأين المادة لتُسمى "بلازما". بمعنى آخر ، البلازما مادة لا يمكن توصيفها بشكل صحيح دون مراعاة وجود الجسيمات المشحونة.
الاختلافات الرئيسية بين الغاز والبلازما
استنتاج
تشبه البلازما الغازات ، لكن ذراتها متميزة لأنها تتكون من إلكترونات وأيونات حرة لعنصر معين ، مثل النيون (ني). نظرًا لأن البلازما تتكون من مجموعات من الجسيمات الموجبة والسالبة الشحنة ، فإنها تختلف عن الغاز. ترتبط الإلكترونات في غاز النيون تمامًا بالنواة ، والفرق الرئيسي هو أنه في الغاز ، تظل الذرات سليمة ومرتبطة بشكل عام بالجزيئات ، ولكن في البلازما ، انفصل جزء على الأقل من الإلكترونات تمامًا عن ذراتها. بمعنى آخر ، جزيئات البلازما مشحونة ، بينما جزيئات الغاز غير مشحونة إلى حد كبير.
