Kan gas naar plasma overgaan?

Plasma is een stralende, nieuwe aggregatietoestand.Drie weken geleden kreeg ik een vraag van een journaliste, die een stuk aan het voorbereiden was over “stralen” in de breedste zin van het woord. Iemand had haar verteld dat plasma een fysische toestand is waarin materie straalt. Zo was ze op mijn blogstukje over aggregatietoestanden terechtgekomen en vervolgens had ze me hier enkele vragen over gemaild.

Eén van de dingen die ze zich afvroeg was: “Kan gas naar plasma overgaan?” Aangezien de journaliste geen uitgebreid stuk over fysica gaat schrijven, plaats ik hieronder mijn volledige antwoord.

De drie klassieke aggregatietoestanden met de faseovergangen ertussen.Ja, gas kan zeker in plasma overgaan. Dat is precies het idee van faseovergangen: dezelfde stof kan in verschillende toestanden voorkomen en daarbij heel verschillende eigenschappen hebben.

Een gas kun je vloeibaar maken door het te laten afkoelen: denk maar aan de waterdamp in een warme badkamer die druppeltjes vormt zodra het de koude spiegel raakt. Daarbij gaat er water over van de gasvormige toestand (damp) naar de vloeibare toestand (druppels).

Als je een gas echter verder opwarmt, kan het een plasma worden. Opwarmen is een manier om energie toe te voegen aan een stof. Er zijn ook andere manieren om energie toe te voegen aan een gas, bijvoorbeeld door er een elektrische spanning over aan te leggen. Dit gebeurt elke keer als je een TL- of spaarlamp aanzet: door een elektrische stroom te laten lopen door het gas dat in de buis zit, gaat dit gas over in plasma en daarbij gaat het licht uitzenden. Sommige mensen hebben een plasmatelevisie in huis en zoals de naam al aangeeft is ook het licht van zo’n TV afkomstig van plasma.

Een diamantstaaltje in de reactorkamer met een paarsgloeiende plasma.In het laboratorium waar ik vroeger werkte, gebruikten we weer een andere manier om gas in plasma om te zetten: microgolven (zie ook dit stukje). Een mengsel van waterstofgas en methaan (aardgas dus) wordt met behulp van microgolven omgezet in plasma. Het koolstof uit het methaan kan vervolgens als dunne lagen diamant afgezet worden. Tijdens het proces kun je in de reactorkamer kijken en daar zie je het plasma paarsachtig oplichten. Als je andere gassen toevoegt, verandert de kleur van het plasma; chloorgas bijvoorbeeld geeft het plasma een roze gloed.

In een gas zitten neutrale atomen: positief-geladen kernen met daarbij precies genoeg negatief-geladen elektronen, zodat het atoom als geheel lading nul heeft. Door energie in het gas te pompen (door opwarming, aanleggen van elektrische spanning, of microgolven), worden er negatief-geladen elektronen losgeslagen van de positief-geladen kernen. Een kern die één of meerdere elektronen kwijt is, noemt men een ion. Als de elektronen en ionen vrij van elkaar voorkomen, noemt men die toestand een plasma.

Tijdens het relaxeren (terugvallen naar de kern) zendt het elektron een foton uit.Als een elektron terug aan een ion bindt, noemt men dit relaxeren, omdat het elektron daarbij van een vrije toestand met veel energie terugvalt naar een gebonden toestand met minder energie. Tijdens het relaxeren zendt het elektronen een pakketje energie uit in de vorm van een foton: licht. Daarom moet je moet voortdurend energie blijven pompen in een plasma, anders relaxeren alle elektronen onmiddellijk weer, waarbij ze allemaal slechts één keer licht uitzenden en daarna dooft het plasma uit. Nadat je een spaarlamp hebt aanzet, moet je de schakelaar dus aan laten staan zolang je licht wil hebben. Intussen zijn de elektronen in de spaarlamp voortdurend aan het fitnessen: zodra ze wat energie krijgen maken ze zich vrij van hun kern, maar kort daarna vallen ze weer terug bij een andere kern waarbij ze een pakketje energie uitsturen in de vorm van licht. Dan begint het weer voorafaan.

Het is een soort chaotische stoelendans: telkens als het elektron even bij een kern kan gaan zitten uitrusten, zegt het elektron “hoera” in de vorm van een foton. De straling van een plasma is dus een soort vreugdevuur dat wordt afgeschoten door relaxerende elektronen.

Het Noorderlicht.Onze zon is één grote plasmabol, net als alle andere sterren. Dit plasma wordt op gang gehouden door de kernreacties die plaatsvinden in de kern. Al het licht die wij op aarde van de zon ontvangen is dus het bewijs dat plasma inderdaad kan stralen. Het plasma van de zon zendt niet alleen zichtbaar licht uit, maar ook infrarode straling, die wij ervaren als stralingswarmte. Verder produceert de zon ultraviolet licht en zelfs röntgenstralen*, maar de aardse atmosfeer fungeert als een filter waardoor we die straling niet allemaal op onze bol krijgen. Bliksem is eigenlijk ook een plasma, net als het Noorderlicht, dat ik ooit met eigen ogen hoop te kunnen zien. Het Noorderlicht wordt veroorzaakt door deeltjes die met zo’n hoge snelheid de aardse atmosfeer bereiken dat er daarbij een stralend plasma ontstaat.

*: Ja, ook op vlak van dit detail was de kortfilm “The adjustable cosmos” accuraat!

En nu maar hopen dat de journaliste het niet té kort door de bocht maakt, zoals: “Fysicus zegt dat plasma roze blijdschapsgloed is van opgeluchte elektronen.” Allemaal duimen en positieve stralen sturen, hè. :-)

Gelijkaardige berichten:

Facebooktwitterredditpinteresttumblrmail

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

6 × = 42