ما هي الحالة الرابعة للمادة؟

ما هي الحالة الرابعة للمادة؟

توجد المادة في الطبيعة في ثلاث حالات رئيسيّة؛ هي الحالة الصلبة، والسائلة، والغازيّة، كما يمكن للمادة أن تتواجد في شكل آخر يعرف بالحالة الرابعة للمادة؛ وتسمّى البلازما (بالإنجليزيّة: Plasma) وهي عبارة عن غاز مؤين يتكون من أعداد متساوية تقريبًا من الجسيمات الموجبة والسالبة الشحنة، وللبلازما نوعان رئيسيان؛ هما البلازما مرتفعة الحرارة والتي توجد في النجوم، والبلازة منخفضة الحرارة والتي تستخدم في الإضاءة.^[١]

كيف تنشأ البلازما؟

تتكون البلازما عندما ينبعث إلكترون واحد أو أكثر من الذرة، إذ يمكن أن تفقد الذرة المتأيّنة عددًا قليلًا من الإلكترونات أو حتى إلكترون واحد فقط كما يمكن أن تفقد كل الإلكترونات تمامًا تاركة وراءها نواة ذرية تحتوي على بروتون واحد أو أكثر وبعض النيوترونات، ويحدث ذلك عند إضافة طاقة إضافية إلى غاز ما، مما يؤدي إلى انبعاث الإلكترونات من الذرات، وغالبًا ما تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تكوين البلازما كطريقة لإضافة الطاقة للغازات، كما يمكن للفوتونات عالية الطاقة كأشعة غاما، أو الأشعة السينية، أو الأشعة فوق البنفسجية؛ أن تنتج البلازما عن طريق فصل الإلكترونات عن ذراتها، كما يمكن للكهرباء ذات الجهد العالي أن تنتج البلازما أيضًا.^[٢]

تاريخ اكتشاف البلازما

يعود الفضل في اكتشاف البلازما إلى العالم الإنجليزي وليام كروكس، حيث تم ذلك بواسطة أنبوب يعرف باسم أنبوب كروكس؛ وهو أنبوب تفريغ كهربائي تجريبي يتأين فيه الهواء عن طريق تطبيق جهد عالي من خلال ملف جهد، وذلك في عام 1879م، وأطلق عليها كروكس لفظ المادة المشعة آنذاك، ومع استمرار البحث في هذا المجال، فقد تم اكتشاف خصائص أكثر لها بواسطة العالم الإنجليزي جوزيف طومسون الذي تعمق في البحث عنها، بينما أطلق عليها العالم الأمريكي إيرفينغ لانغمويرلفظ البلازما عام 1927م لاعتقاده أنها تتشابه مع بلازما الدم.^[٣][٤]

خصائص البلازما

للبلازما عدد من الخصائص الشائعة، وهي كالآتي:^[٣]

• يمكن أن تتواجد البلازما في حالتين؛ اعتمادًا على التوازن الحراري بين الإلكترونات والأيونات والجسيمات المحايدة، فعندما تكون جميع الجسيمات في نفس درجة الحرارة، فإنه يُطلق عليها اسم البلازما الحرارية، أو البلازما الساخنة كهالات الشّمس.
• عندما تكون الإلكترونات أكثر سخونة من الأيونات والجسيمات المحايدة، فإنها تسمى بلازما غير حرارية أو بلازما باردة مثل الأضواء الشمالية، وهي مزيج من الألوان المتشكّلة في القطبين الشمالي والجنوبي الأرضييّن.
• تكون البلازما المحايدة الكهربائيًا كالغازات؛ ومع ذلك فإنه يمكن تسمية الغاز بالبلازما إذا كان شديد التوصيل للكهرباء.
• يمكن أن تتأين البلازما بشكل كلي أو جزئي، وذلك بسبب خاصية درجة التأين، وهي نسبة الجسيمات المحايدة التي تتأين إلى الجزيئات المشحونة، والتأين هو العملية التي تكتسب من خلالها الذرة أو الجزيء شحنة سالبة أو موجبة عن طريق اكتساب أو فقدان الإلكترونات.

استخدامات البلازما

تستخدم البلازما في العديد من الصناعات، ومن أهمها:^[٣]

• استخراج المعادن الخام من الطبيعة.
• معالجة المعادن بصهرها وتنقيتها وصناعة السبائك.
• معالجة المخلّفات السّامة والخطرة.
• عمليّات لحام المعادن بواسطة ما يعرف بقطع البلازما.
• المعالجة السطحيّة كالتظيف والطلاء.