¿Tienen los plasmas de distintos elementos propiedades diferentes?

Question

Si es así, ¿cuáles son las diferencias? ¿Como entre el hierro y el oro?

EDIT: Lo siento, tengo que aclararlo: Por "diferencia" me refiero a... ¿retienen sus propiedades químicas de temperaturas más normales? Por ejemplo, ¿es el plasma de oro más denso que el de hierro? ¿Es el plasma del hierro más reactivo que el del oro? Cosas así.

Answer 1

Las principales propiedades del plasma que dependen del tamaño de los iones son:

1. La conductividad eléctrica ya que depende de la dispersión de Coulomb de los electrones en los iones y la tasa de la misma escala como la carga del ion al cuadrado.
2. Propiedades de la radiación: para los plasmas totalmente ionizados, la radiación bremstralung (de frenado) debida a la dispersión de Coulomb de los electrones en los iones crece fuertemente con la carga de los iones; para los plasmas parcialmente ionizados, la radiación de línea puede ser dominante, también crece generalmente con la carga de los iones.
3. Propiedades termodinámicas, por ejemplo, para un plasma totalmente ionizado con la carga iónica Z la presión es $p = n_i (T_i + Z T_e)$ donde $n_{i}$ es la densidad de iones, $T_{e,i}$ son las temperaturas de las dos especies.
4. La capacidad del plasma para afectar a las superficies de los materiales enfrentados al plasma depende ciertamente de la masa de los iones, los iones más pesados pueden destruir más fácilmente la estructura de los materiales de la pared, eliminando átomos o iones de la superficie de la pared (lo que se denomina sputtering físico)
5. Además, existe el llamado sputtering químico, que abarca el sputtering por iones con energía inferior al umbral de sputtering físico. Lo que ocurre en este caso es que un ion [total o parcialmente] ionizado que se aproxima a la superficie de la pared de un material recoge electrones de la superficie de la pared, y entonces comienzan las interacciones químicas que conducen a la formación de iones moleculares, etc.
6. El reciclaje del plasma de hidrógeno en la pared de carbono es un ejemplo de las reacciones químicas que juegan un papel importante en las interacciones plasma-material: un ion de hidrógeno que entra en el carbono queda atrapado allí debido a la interacción química (enlaces de hidrógeno) con la red; sin embargo, en cuanto recoge un segundo ion de hidrógeno se enlazan entre sí formando una molécula de hidrógeno que no interactúa fuertemente con la red, por lo que la molécula puede escapar libremente de la pared.

Answer 2

¿Como si el plasma del oro fuera más denso que el del hierro?

Si te refieres a la densidad de masa, entonces para la misma densidad de número de iones y estado de carga (suponiendo cuasi neutralidad) el plasma de oro tendría una densidad de masa mayor que la del hierro.

Si te refieres a la densidad numérica, entonces eso dependería de cómo se formó el plasma y en qué condiciones existe actualmente (es decir, ¿se está comprimiendo el plasma como en el núcleo de una estrella?)

Recuerde que para ser definido como plasma una de las condiciones para las partículas ionizadas es que deben satisfacer $$N_{D} = n_{o} \lambda_{De}^{3} \gg 1$$ donde $n_{o}$ es la densidad numérica del plasma y $\lambda_{De}$ es el electrón Longitud de Debye . Otra condición que debe mantener las escalas $\gg$ $\lambda_{De}$ es la cuasi neutralidad, que puede definirse como $$n_{e} = \sum_{s} Z_{s} n_{s}$$ donde $n_{e}$ es la densidad del número de electrones, $n_{s}$ es la densidad del número de iones de las especies $s$ y $Z_{s}$ es el estado de carga correspondiente (es decir, protones menos electrones para cada átomo de ion).

Así que si tienes dos plasmas, uno de ionización simple hierro y una de ionización simple oro ambos con la misma densidad numérica, $n_{o}$ = $n_{e}$ = $n_{i}$ entonces el plasma de oro tendría una mayor densidad de masa.

¿El plasma de hierro es más reactivo que el de oro?

Dudo que esto siga importando. Las energías típicas requeridas para romper enlaces químicos son mucho menores que las energías requeridas para liberar electrones de los átomos. Por ejemplo, el energía de enlace para $H_{2}$ ~ 432 kJ/mol y sabemos que hay $6.022 \times 10^{23}$ moléculas por mol. Esto corresponde a una energía de disociación de ~ 4 eV por $H_{2}$ molécula (1 kJ ~ $6.24 \times 10^{21}$ eV).

Esto significa que, a medida que se añade energía al elemento, es probable que alcance un estado gaseoso de partículas monatómicas antes de que los componentes individuales pierdan electrones (es decir, se ionicen). Una vez en estado de plasma, los iones que lo componen ya no interactuarán con fuerzas de Coulomb residuales de corto alcance como lo hacen en los enlaces químicos. Los iones en un plasma están ahora controlados por las fuerzas de Coulomb de largo alcance producidas por las interacciones de sus propios campos eléctricos con el campo eléctrico combinado de todos los demás componentes del plasma.

¿conservan sus propiedades químicas de temperaturas más normales?

No, lo dudo (véase mi respuesta a la pregunta sobre la reactividad). Al menos en el sentido que creo que quieres decir.

Habrá algunas propiedades que las partículas conservarían si no estuvieran totalmente ionizadas (por ejemplo, los espectros de absorción y de líneas de emisión), pero esto, de nuevo, no es probablemente a lo que te refieres.

Las propiedades químicas de los elementos están controladas por sus electrones. Así que cuantos más electrones pierdan, supongo que menos propiedades químicas de su estado neutro quedarán.

Answer 3

Sí. El plasma está formado por materia ionizada. Que contiene rayos catódicos (electrones) que son indipendientes de la materia y rayos positivos (núcleos) que dependen de la materia ionizada. Así que como el plasma es una mezcla de ambos, muestra una diferencia física significativa. Por ejemplo: Densidad, relación carga/masa, efecto debido a los campos electromagnéticos.