El cuarto estado de la materia

Publicado el Lunes, 5 de noviembre de 2007 por MiGUi en Física
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Es frecuente oír o leer que el plasma es el cuarto estado de la materia. La intención de esta entrada es ver qué hay de cierto en esa afirmación bajo el punto de vista de la Física y qué hay de mito. Empecemos definiendo los actores del problema. Primero ¿qué es un plasma? La Física define al plasma como “gas ionizado cuasineutro con comportamiento colectivo”. Ahora, en terminología más mundana desglosemos estos apartados:

  1. Gas ionizado. El estado gaseoso está compuesto por átomos y/o moléculas que gozan de libertad de movimiento entre sí, y que son eléctricamente neutros. Es decir, entre dos puntos cualesquiera del gas no existe una diferencia de potencial ni un campo eléctrico neto debido a la presencia de portadores de carga.
    Un gas ionizado es aquel gas en el que además de átomos neutros hay iones y electrones. Los iones, recordemos, no son más que átomos que tienen electrones de menos o de más, de modo que su carga no está compensada y puede ser positiva o negativa. Así pues, en un gas ionizado tenemos muchos ingredientes: átomos neutros y/o moléculas, electrones e iones. También puede existir un campo eléctrico en su seno que haga que exista interacción entre las partículas.
  2. Cuasineutro. Significa que no existe una gran diferencia entre las especies cargadas positivamente y las especies cargadas negativamente en cuanto a número. Es decir, no es neutro porque la suma de cargas no es igual a 0 pero no están muy desbalanceadas en cuanto a positivas o negativas, hay más o menos la misma cantidad de cargas positivas que de cargas negativas.
  3. Comportamiento colectivo. Esto quiere decir que lo que ocurre en un punto afecta a todo el plasma y no sólo a los vecinos más próximos. Es decir, tiene un comportamiento global y no local, las interacciones son a larga distancia.

En resumen, un plasma es una “sopa” de partículas cargadas y neutras, que es más o menos neutro y cuyo comportamiento está influenciado punto por punto por lo que ocurre en él. Veamos ahora lo que entendemos por “estado de la materia”. En Ciencias Naturales nos enseñaban la manera simple de definir un estado de agregación en Física que es recurrir a una característica cinemática del sistema como es la movilidad de sus componentes. En los sólidos, las partículas están más o menos fijas y no pueden moverse apenas de su sitio. En los líquidos tienen una cierta movilidad pero se mueven unas sobre otras, a modo de “capas” y en los gases gozan de total libertad de movimiento.

Otra opción sería establecer una barrera en cuanto a las condiciones termodinámicas del estado en concreto. Esto se consigue gracias a lo que en Física se llama un “diagrama de fase” que no es más que una representación del estado en el que está un sistema dado a unas condiciones determinadas de presión y temperatura. Por ejemplo, el agua es líquida a 25ºC y 1 atmósfera de presión, es sólida a -50 ºC y 1 atm de presión.

El cambio de fase sólido líquido es, a 0ºC y 1 atm de presión y para conseguir que el agua pase de estar sólida a líquida hay que aportar una cierta cantidad de energía que llamamos “calor latente de fusión” y que nos dice la cantidad de energía que va a absorber el agua sin aumentar su temperatura hasta que se convierta toda a líquida. Con el plasma tenemos un problema. Dijimos que es un gas. Vale, pero plasmas hay de todas las temperaturas, presiones y densidades.

Desde el plasma más frio y poco denso que es el del espacio interestelar con densidades de sólo unas decenas de millones de átomos por metro cúbico (10^10 átomos por metro cúbico) y temperaturas muy próximas al cero absoluto, tan bajas como -270ºC hasta las estrellas de neutrones, con densidades de miles de toneladas por milímetro cúbico pasando por plasmas de fusión de millones de grados de temperatura y sin olvidarnos de plasmas cotidianos como el de Argón y Mercurio que ilumina en los tubos fluorescentes cuya temperatura de neutros* es de unos 30ºC o el de una llama que es de unos 400ºC.

Es decir, que plasmas hay de todas las temperaturas, densidades, colores y sabores por lo que ¿podemos establecer una barrera clara y diferenciada? Lo cierto es que no. No hay una manera de pasar de un gas a plasma aportando simplemente un “calor latente” y por tanto termodinámicamente hablando no tiene sentido llamar “estado de agregación” al plasma. Además, el plasma no es estable, necesita el aporte de energía constante para mantenerse. Si apagas el interruptor, se apaga el tubo fluorescente, el plasma se extingue al no existir la fuente que lo mantiene.

Las estrellas se apagan, y tarde o temprano, los gases ionizados se recombinan y se vuelven neutros. Podemos tomarlo como una licencia poética. Aristóteles llamó al fuego “el cuarto elemento” y dado que el fuego es un plasma, podríamos llamarlo de ese modo para simplificar explicaciones tediosas y hasta cierto punto irrelevantes. Es una manera de hablar. Un abuso del lenguaje, pero no hay que perder de vista que estados de agregación legítimos hay sólo 3, porque si nos ponemos a pensar en estados como el plasma podríamos encontrarnos unos 15 o más distintos.

Actualización enero 2010: véase la discusión en el artículo http://www.migui.com/uncategorized/%C2%BFpor-que-los-textos-cientificos-parecen-una-entelequia-de-terminos-indescifrables.html


(*) Se habla de varios tipos de temperatura en un plasma. Al no ser estados de equilibrio no podemos definir una temperatura única para todas las especies puesto que son muy diferentes en tamaño y movilidad. Como la temperatura no deja de ser energía cinética, podemos, atendiendo a esto, definir varias temperaturas en un plasma: temperatura de neutros, temperatura electrónica, etcétera.Así, en un tubo fluorescente tenemos una temperatura de neutros del orden de la temperatura ambiente y su temperatura electrónica ronda los 10000 grados. No nos quema porque los electrones no tienen la suficiente masa para que sea relevante su movilidad, al menos en esas condiciones.

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Trackbacks/Pingbacks a esta entrada:
    1. daniela dice:

      hola…!! no entiendo como el cuarto estado de la meteria PLSMA tiene que ser el plasma expliquenme eso porfa que necesito esa tarea :unsure: :side: [img][/img]

    2. drake dice:

      :) hola esta muy bien creo que entendi muy bien con la informacion muchas fracias ok

    3. [size=medium][/size][color=red][/color]yo lo que quiero decir es que esta muy bien todo pero un poco largo resumelo mejor

    4. flower dice:

      holaa.. yo entendi la informacion pero no es lo ke buscaba… :( :huh: igual esta buena la info…

    5. carlos dice:

      tengo que hacer un trabajo sobre esto :s :dry: :woohoo: [color=fuchsia][/color]

    6. Lis... dice:

      considero que está bien, pero la verdad está largo…. Gracias!!! :P :P :P

    7. MiGUi dice:

      Me pregunto qué profesor y de dónde está mandando tanto trabajito sobre el plasma para que se llene esto de hoygans :dry:

    8. maria espina dice:

      miren nesecito la tarea del cuarto estado es el plasma si o no

    9. maria dice:

      espliquenme el cuartro estado de la materia es el plasma si o no aaaa porfa diganme si o no tengo que hacer una tarea de esto para mañana alludenme

    10. aiiii osea no encontre lo que buscaba