Maddelerin Plazma Hâli

Bir maddenin gaz hâli kapalı bir kapta yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılırsa maddede ne gibi değişiklikler meydana gelir? Maddenin dördüncühâli olan plazmanın maddenin gaz hâlinden farkı nedir?

Bir miktar buz ısıtılırsa 0ºC’de erir, 100ºC’de kaynayarak buhar hâline geçer. Oluşan su buharı kapalı bir kapta çok yüksek sıcaklıklara kadar ısıtılırsa su molekülleri iyonlaşmaya başlar. Su buharının içi serbest elektron, serbest radikal ve iyon bulutlarıyla dolmaya başlar. Bu şekilde su buharı plazmaya dönüşerek ışık da yayabilir. Bir maddenin serbest elektron, serbest radikal, iyon bulutu, foton (ışık taneciği) ve nötr gaz moleküllerinin bir arada bulunduğu hâline plazma hâldenir. Bu şekilde oluşan her tanecik karışımı plazma olmayabilir. Plazma olabilmesi için artı yüklü iyon ve eksi yüklü elektronların birim hacme düşen sayılarının belli bir değerin üzerinde olması gerekir. Plazma, gaz hâlinde olmasına rağmen gazlardan farklı özellik gösterdiği için maddenin dördüncü hâli olarak kabul edilmiştir.

Plazmanın başlıca özellikleri

• Plazmalar yüklü parçacıklar olduklarından manyetik ve elektriksel alandan etkilenir.
• Plazmanın kütlesinin büyük çoğunluğunu serbest hâldeki yüklü parçacıklar oluşturmasına rağmen dış ortama karşı yüksüzmüş gibi davranırlar. Bunun nedeni eksi ve artı yüklü taneciklerin eşit olmasıdır. Plazmalar bu özellikleri sebebiyle ışığı geçirmez, dağıtır.
• Plazmada meydana gelen herhangi bir değişiklik her yöne ışık hızıyla iletilir. Fakat bir gaz içinde meydana gelen bir değişiklik her yöne seshızıyla iletilir. Bu özellik sayesinde plazma tanecikleri arasında enerji ışık hızıyla taşınır.
• Plazmalarda madde tanecikleri bulundukları kapta bulut şeklinde kümelenir. Gaz hâlinde ise madde tanecikleri bulunduğu kabın tamamını homojen şekilde kaplar.
• Plazmaların yapılarında çok fazla yüklü serbest parçacıklar olduğundan ısı ve elektriği metallerden daha çok iletir.
• Kimyasal tepkimelerin hızı plazma ortamında çok hızlı gerçekleşir.

Plazmalar doğal ya da yapay yollarla oluşabilir. Doğal yollarla kendiliğinden oluşan plazmalara doğal plazmalar denir. İnsan etkisiyle oluşan plazmalara yapay plazmalar denir. Doğal ve yapay plazmalar sıcak vesoğuk ortamlarda gerçekleşebilir. Maddelerin gaz hâllerinin ısıtılmasıyla sıcak plazma, maddenin içinden ışık geçirilerek oluşan plazmalara isesoğuk plazma denir. Yıldız, bulutsu (nebula), yıldırım, alev ve neon tüplerinin içi plazma ortamlarıdır. Evrendeki tüm yıldızlar, Güneş gibi çok yüksek sıcaklıkta plazma ortamı oluşturur. Yüksek sıcaklık etkisiyle Güneş’teki helyum ve döteryum atomları iyonlaşarak elektronlarından ayrılır. Yıldız ve yıldızlar arası ortamı dolduran gaz ve toz bulutlarının oluşturduğu bulutsular sıcak plazma ile oluşan doğal plazmalardır.

Yıldırım bulutlarla yer arasında şiddetli elektrik boşalması ile oluşur. Bu elektrik boşalması sonucunda çok yüksek voltajlarda elektrik akımı oluşur. Bu yüksek gerilim havadaki gazları iyonlaştırarak serbest elektronlar ve radikaller oluşturur. Yıldırımlar doğal yollarla oluşan soğuk plazmadır.

Neon tüplerinde neon, argon gibi soy gazlar kullanılır. Bir tüpün içerisine düşük basınçta yüksek voltaj uygulanırsa tüp içerisindeki neon gazı iyonlaşarak serbest elektron ve gaz iyonları oluşturur. Neon tüpleri yapay yollarla oluşan soğuk plazmadır. Alevler günlük hayatta karşılaşılan en yaygın sıcak ve doğal plazma örneğidir. Maddelerin yanması sonucunda oluşan alev çok sıcak gaz ortamıdır. Alevdeki sıcak ortam, maddelerin yanması sonucu oluşan gazları ve havayı iyonlaştırarak plazma oluşturur.