Estado plasmático: qué es, características y ejemplos

El estado plasmático es uno de los cuatro estados de agregación de la materia, junto con el sólido, líquido y gaseoso. Es un estado de la materia en el cual los átomos están ionizados, en otras palabras, no están en equilibrio electromagnético. Esto significa que los electrones se han separado de los núcleos atómicos, creando un medio compuesto por iones positivos y electrones libres. Debido a esta ionización, el plasma tiene propiedades únicas que lo diferencian de los estados sólido, líquido y gaseoso.

Aunque no es tan conocido como los otros tres estados, ni tampoco es frecuente en la naturaleza, el estado plasmático es de gran importancia tanto en el ámbito natural como en diversas aplicaciones tecnológicas. Este estado de la materia se encuentra en fenómenos tan comunes como las auroras boreales y en tecnologías avanzadas como la fusión nuclear. Gracias a sus propiedades peculiares, este estado en muy reactivo a la electricidad y los campos magnéticos.

En términos generales, el plasma puede distinguirse en plasma frío y caliente.

• En el plasma frío solo una parte pequeña de las partículas atómicas se ionizan sin alcanzar temperaturas excesivamente dañinas. Esto permite utilizarlo para desinfectar alimentos, tratar superficies o incluso en la medicina regenerativa.
• El plasma caliente posee un mayor rango de ionización otorgando al material temperaturas extremas, que sí son dañinas.

En este otro artículo hablamos sobre los Estados de agregación de la materia.

El plasma se forma generalmente de esta forma:

1. Un gas se calienta a temperaturas muy altas o cuando se somete a un campo electromagnético fuerte.
2. A estas temperaturas, la energía térmica es suficiente para hacer vibrar velozmente las partículas.
3. Así, se pueden liberar los electrones de los átomos, resultando en un gas de partículas cargadas que puede conducir electricidad.

Por el contrario, retirar la fuente de calor y permitir que el elemento recupere sus electrones perdidos, hará que recupere la estabilidad electromagnética y retome su condición de gas. Este comportamiento lo distingue de un gas convencional, donde los átomos o moléculas no están ionizados.

Las propiedades del estado plasmático derivan principalmente de la presencia de partículas cargadas. A continuación, se detallan algunas de las características más relevantes:

• Conductividad eléctrica: el plasma es un buen conductor de electricidad debido a la movilidad de sus electrones libres. Esta propiedad es la que permite su uso en dispositivos como las lámparas fluorescentes y las pantallas de plasma.
• Sensibilidad a campos magnéticos: a diferencia de los sólidos, líquidos y gases, el plasma puede ser influenciado y controlado por campos magnéticos externos. Esta característica es fundamental en la contención del plasma en reactores de fusión nuclear y en la creación de confinamientos magnéticos. Te aconsejamos la lectura de nuestro artículo sobre el Geomagnetismo.
• Emisión de luz: los plasmas suelen emitir luz debido a la recombinación de los electrones con los iones, liberando energía en forma de fotones. Este fenómeno es visible en las auroras boreales, los rayos y los tubos de neón.
• Alta temperatura: en la mayoría de los casos, el plasma existe a temperaturas extremadamente altas. Por ejemplo, la temperatura en el centro del sol, donde el plasma está presente, alcanza los millones de grados.
• Compresibilidad y fluidez: aunque el plasma puede parecer similar a un gas, su comportamiento es más complejo. Puede fluir como un líquido, pero también puede comprimirse y expandirse como un gas, todo ello bajo la influencia de fuerzas electromagnéticas. Esta característica permite utilizar el plasma para recubrir superficies que necesitan protección contra el desgaste físico y/o térmico.

Te recomendamos leer este otro post sobre las Propiedades específicas de la materia.

El estado plasmático se encuentra tanto en la naturaleza como en ámbitos industriales. A continuación, se presentan algunos ejemplos significativos del estado plasmático:

• El Sol y otras estrellas: el ejemplo más prominente de plasma es el Sol. Al igual que otras estrellas, el sol está compuesto principalmente de hidrógeno y helio en estado plasmático. La fusión nuclear en su núcleo genera las inmensas cantidades de energía que emite.
• Auroras polares: tanto las auroras boreales como las auroras australes son luces visibles en las regiones polares de la Tierra son causadas por la interacción del plasma solar con el campo magnético terrestre. Cuando el viento solar, que es plasma, colisiona con la magnetósfera de la Tierra, se genera la liberación de luz en la atmósfera superior dando lugar a este espectáculo lumínico.
• Rayos: los rayos que vemos durante una tormenta eléctrica son en realidad un ejemplo de plasma. Durante un rayo, las colisiones entre las partículas generan una acumulación de carga positiva en la parte superior y cargas negativas en la parte inferior de la nube. Como consecuencia el aire se ioniza y forma un canal de plasma que conduce la electricidad entre la nube y el suelo.
• Pantallas de plasma: en la tecnología, las pantallas de plasma utilizadas en televisores y monitores funcionan mediante la ionización de gases nobles como el neón y el xenón. Estos gases emiten luz visible cuando se ionizan, formando la imagen en la pantalla.
• Fusión nuclear controlada: uno de los campos de investigación más prometedores es la fusión nuclear, donde se busca replicar en la Tierra el proceso que ocurre en el interior de las estrellas. En los reactores de fusión, se utiliza plasma confinado magnéticamente para generar energía.

El estado plasmático, aunque menos familiar que los estados sólido, líquido y gaseoso, es fundamental para comprender numerosos fenómenos naturales y desarrollos tecnológicos. En este aspecto las propiedades del plasma tienen una elevada capacidad de inhibir el crecimiento de bacterias, virus y otros patógenos siendo útil en medicina.

Desde el brillo de las estrellas hasta las innovaciones en energía y electrónica, el plasma juega un papel crucial en la ciencia y la ingeniería modernas. Su estudio no solo enriquece nuestro conocimiento del universo, sino que también abre la puerta a nuevas aplicaciones que podrían transformar el futuro.

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