O plasma é um estado da matéria geralmente considerado um subconjunto de gases.

Mas os dois estados se comportam de maneira muito diferente. Como os gases, os plasmas não têm forma ou volume fixo e são menos densos do que sólidos ou líquidos. Mas, ao contrário dos gases comuns, os plasmas são feitos de átomos nos quais alguns ou todos os elétrons foram removidos e núcleos carregados positivamente, chamados íons, vagam livremente.

Uma captura de tela do vídeo de lapso de tempo mostrando duas faixas de plasma disparando para longe do sol. Crédito da imagem: NASA

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"Um gás é feito de moléculas e átomos neutros", disse Xuedong Hu, professor de física da Universidade de Buffalo. Ou seja, o número de elétrons carregados negativamente é igual ao número de prótons carregados positivamente.

"O plasma é um gás carregado, com fortes interações Coulomb [ou eletrostáticas]", disse Hu. Os átomos ou moléculas podem adquirir uma carga elétrica positiva ou negativa quando ganham ou perdem elétrons. Este processo é denominado ionização. O plasma forma o sol e as estrelas e é o estado da matéria mais comum no universo como um todo.

(O plasma sanguíneo, aliás, é algo completamente diferente. É a porção líquida do sangue. É 92 por cento água e constitui 55 por cento do volume de sangue, de acordo com a Cruz Vermelha americana.)

Partículas carregadas

Um gás típico, como nitrogênio ou sulfeto de hidrogênio, é feito de moléculas com carga líquida zero, dando ao volume do gás como um todo uma carga líquida zero. Os plasmas, sendo feitos de partículas carregadas, podem ter uma carga líquida de zero em todo o seu volume, mas não no nível de partículas individuais. Isso significa que as forças eletrostáticas entre as partículas do plasma tornam-se significativas, assim como o efeito dos campos magnéticos.

Por serem feitos de partículas carregadas, os plasmas podem fazer coisas que os gases não podem, como conduzir eletricidade. E como as cargas em movimento formam campos magnéticos, os plasmas também podem tê-los. 

Em um gás comum, todas as partículas se comportarão aproximadamente da mesma maneira. Então, se você tiver gás em um recipiente e deixá-lo esfriar até a temperatura ambiente, todas as moléculas dentro dele irão, em média, se mover na mesma velocidade, e se você medir a velocidade de muitas partículas individuais, você obterá uma curva de distribuição com muitos deles movendo-se perto da média e apenas alguns especialmente lenta ou rapidamente. Isso porque, em um gás, as moléculas, como bolas de bilhar, se chocam e transferem energia entre elas.

Isso não acontece em um plasma, especialmente em um campo elétrico ou magnético. Um campo magnético pode criar uma população de partículas muito rápidas, por exemplo. A maioria dos plasmas não são densos o suficiente para que as partículas colidam umas com as outras com frequência, então as interações magnéticas e eletrostáticas se tornam mais importantes.

Falando em interações eletrostáticas, como as partículas em um plasma, os elétrons e os íons, podem interagir por meio da eletricidade e do magnetismo, elas podem fazê-lo a distâncias muito maiores do que um gás comum. Isso, por sua vez, significa que as ondas se tornam mais importantes ao discutir o que acontece em um plasma. Uma dessas ondas é chamada de onda Alfvén, em homenagem ao físico sueco e ganhador do Nobel Hannes Alfvén. Uma onda de Alfvén ocorre quando o campo magnético em um plasma é perturbado, criando uma onda que viaja ao longo das linhas de campo. Não há nenhum análogo real a isso nos gases comuns. É possível que as ondas de Alfvén sejam a razão da temperatura da coroa solar, também de um plasma ser de milhões de graus, enquanto na superfície são apenas milhares.

Outra característica dos plasmas é que eles podem ser mantidos no lugar por campos magnéticos. A maioria das pesquisas sobre energia de fusão concentra-se em fazer exatamente isso. Para criar as condições para a fusão, é necessário um plasma muito quente - a milhões de graus. Como nenhum material pode contê-lo, cientistas e engenheiros recorreram a campos magnéticos para fazer o trabalho.

Um dispositivo patenteado recentemente pode usar ar ionizado aquecido para interromper as ondas de choque geradas por explosões. Crédito da imagem: Kheng Guan Toh / Shutterstock.com

Plasmas em ação

Um lugar onde você pode ver os plasmas em ação é em uma lâmpada fluorescente ou um letreiro de néon. Nesses casos, um gás (néon para sinais) é submetido a uma alta voltagem e os elétrons são separados dos átomos do gás ou empurrados para níveis de energia mais elevados. O gás dentro do bulbo torna-se um plasma condutor. Os elétrons excitados que voltam aos níveis de energia anteriores emitem fótons, a luz que vemos em um letreiro de néon ou lâmpada fluorescente.

As TVs de plasma funcionam da mesma maneira. Um gás, geralmente argônio, néon ou xenônio - é injetado em uma lacuna vedada entre dois painéis de vidro. Uma corrente elétrica é passada através do gás, o que faz com que ele brilhe. O plasma excita fósforos vermelhos, verdes e azuis, que se combinam para emitir cores específicas, de acordo com o eBay.

Outro uso do plasma é em globos de plasma, que são cheios de misturas de gases nobres que produzem as cores do "raio" dentro deles quando uma corrente elétrica ioniza o gás.

Outro exemplo de plasma está nas auroras que circundam os polos, quando o sol está particularmente ativo. O vento solar é um fluxo de partículas carregadas (principalmente prótons), que atingem o campo magnético da Terra. Essas partículas, sendo carregadas, seguem as linhas do campo magnético e se movem em direção aos polos, onde colidem e excitam átomos no ar, principalmente oxigênio e nitrogênio. Como um letreiro de néon, os átomos de oxigênio e nitrogênio excitados emitem luz.

Recursos adicionais:

• MIT: Introdução à Física do Plasma
• IPPEX: a experiência da educação em física de plasma da Internet
• Plasmas.org: Perspectivas sobre Plasmas

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Referência: 

EMSPAK, Jesse. States of Matter: Plasma. Live Science, 05, mai. 2016. Disponível em: <https://www.livescience.com/54652-plasma.html>. Acesso em: 07, jul. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.