Plasma – outro estado da matéria

Química

O plasma é o quarto estado da matéria, sendo um conjunto quente e denso de átomos livres, elétrons e íons, com distribuição quase neutra e comportamento coletivo.

GNo nosso cotidiano é muito comum vermos substâncias nos chamados três estados (de agregação ou físicos) da matéria, que são: sólido, líquido e gasoso. Porém, existe um quarto estado físico da matéria, que não é tão comum aqui na Terra, mas que por incrível que pareça, acredita-se que 99% de tudo que existe no universo esteja nesse quarto estado, chamado de plasma.

Para se formar o plasma, é necessário que a matéria no estado gasoso seja aquecida a temperaturas elevadíssimas, como ocorre, por exemplo, no núcleo das estrelas, como o do nosso Sol, em que existem certas regiões de sua superfície que estão em aproximadamente 84.000ºC.

O plasma está a uma tempratura de aproximadamente 84 mil ºC em determinadas regiões da superfície do sol

Essa alta temperatura faz com que as moléculas do gás se rompam, formando átomos livres, que, por sua vez, perdem e ganham elétrons, gerando íons. Assim, podemos dizer que o plasma é formado por um conjunto quente e denso de átomos livres, elétrons e íons, em uma distribuição quase neutra (números de partículas positivas e negativas é praticamente igual), que possuem comportamento coletivo.

Alguns poderiam dizer que o plasma, na verdade, não é um quarto estado da matéria, mas, visto ser um gás ionizado, está no estado gasoso. É bem verdade que assim como os gases, o plasma não tem forma e volume definidos, assumindo a forma e o volume do recipiente que o contém. Entretanto, o plasma possui outras propriedades que realmente o distinguem dos demais estados de agregação.

Por exemplo, visto que possui partículas carregadas, o plasma é um condutor elétrico, respondendo fortemente a campos eletromagnéticos e formando estruturas, tais como filamentos, raios e camadas duplas; sendo que isso não ocorre com os gases.

É interessante, também, que o plasma não só reage, mas também gera campos magnéticos. Isso ocorre porque se forma uma corrente elétrica em seu interior, graças aos seus elétrons livres, e, pela Lei de Ampère, forma-se um campo eletromagnético. Os elétrons também se movimentam de forma circular de acordo com o campo magnético do plasma, e com a temperatura bastante elevada, esse movimento pode causar a emissão de ondas eletromagnéticas. Um exemplo que podemos observar desses campos magnéticos extremamente intensos é a formação das colunas de convecção de calor do Sol, que dão origem a manchas solares, ventos solares etc.

Aqui na Terra, o plasma só ocorre em situações especiais. A primeira ocasião em que ele foi descrito foi na criação da ampola de Crookes, desenvolvida pelo físico inglês Willian Crookes (1832-1919) na década de 1850, também chamada de tubo de raios catódicos. Trata-se de um tubo de vidro, preenchido por gases à baixa pressão, e que possui eletrodos, isto é, um polo negativo (cátodo) e um positivo (ânodo), ligados a um gerador.  

Quando se aplica uma alta tensão ao gás contido na ampola, observa-se a formação de raios provenientes do cátodo, que foram denominados de raios catódicos e produzem uma fluorescência esverdeada quando se chocam contra a parede de vidro da ampola. Assim, o plasma é gerado na ampola de Crookes.

Imagem de ampola de Crookes ¹

O físico inglês J. J. Thomson (1856-1940) usou mais tarde essa ampola para descobrir o elétron. Veja mais sobre isso no texto O experimento de Thomson com descargas elétricas. Em 1928, Irving Langmuir chamou esses raios catódicos de "plasma", em virtude da capacidade que o plasma das descargas elétricas tem de se moldar dentro dos tubos onde eles são gerados.

Irving Langmuir foi o primeiro a usar o termo "plasma"

Outro exemplo da ocorrência do plasma aqui na Terra ocorre nos reatores de fusão nuclear, sendo que o mais conhecido é o Tokamak, de Princeton, Estados Unidos, que funciona com uma temperatura de 100 milhões de graus Celsius, que é conseguida por meio de reações de fissão controladas. Em seu interior fica aprisionado o plasma, onde há a fusão termonuclear controlada de isótopos leves do hidrogênio e do hélio, gerando uma quantidade colossal de energia. Essas mesmas reações de fusão ocorrem no Sol.

Imagem do interior de um reator do tipo Tokamak, por onde passa o plasma²

No cotidiano, vemos um exemplo de plasma nas lâmpadas fluorescentes e em processos de esterilização. Lâmpadas de plasma, como a mostrada abaixo, podem ser compradas como souvenir.

As auroras Austral e Boreal são resultado da excitação de átomos e moléculas da atmosfera, quando bombardeados por partículas carregadas expelidas do Sol e defletidas pelo campo geomagnético, sendo, portanto, plasmas naturais.

Por Jennifer Fogaça
​Graduada em Química