Estado plasmático
El estado plasmático es un gas ionizado de iones y electrones libres, el cuarto estado de agregación y el más abundante en el universo visible.
El estado plasmático es el cuarto estado de agregación de la materia: un gas tan energético que sus átomos han perdido parte de sus electrones y se ha convertido en una mezcla de iones y electrones libres. Aunque en la Tierra es poco frecuente, se estima que constituye la inmensa mayoría de la materia visible del universo, ya que las estrellas, como el Sol, están formadas por plasma.
¿Qué es el plasma?
Un plasma es un gas ionizado que, en conjunto, es eléctricamente casi neutro: contiene aproximadamente tantas cargas positivas como negativas. Esa presencia de partículas cargadas lo hace distinto de un gas ordinario, porque conduce la electricidad, responde a campos eléctricos y magnéticos y emite luz de forma característica.
El término lo introdujo el químico estadounidense Irving Langmuir en 1928, por la semejanza de su comportamiento con el del plasma sanguíneo que transporta los glóbulos. El plasma se suma a los tres estados clásicos: sólido, líquido y gaseoso (véanse los estados de agregación de la materia).
¿Cómo se forma un plasma?
Si se aporta energía suficiente a un gas, las colisiones entre partículas arrancan electrones de los átomos. Esa energía puede ser térmica (temperaturas muy altas), eléctrica (una descarga o un arco) o electromagnética (radiación intensa, microondas, láser). El proceso se resume así:
Con el paso de sólido a líquido y a gas, la energía rompe sucesivamente las ligaduras entre partículas; con la ionización, rompe además las que mantienen a los electrones unidos al núcleo. Para el hidrógeno, la energía de ionización es de 13,6 eV por átomo, unos 1312 kJ/mol.
Características del plasma
- Cuasineutralidad: en volúmenes suficientemente grandes la carga total es prácticamente nula.
- Alta conductividad eléctrica: los electrones libres permiten el paso de corriente, de modo que un plasma es buen conductor (véase la conductividad eléctrica).
- Respuesta a campos magnéticos: las partículas cargadas se mueven siguiendo las líneas del campo, lo que permite confinarlo.
- Comportamiento colectivo: cada partícula interactúa con muchas otras a distancia, mediante campos eléctricos, y no solo por choques.
- Emisión de luz: al recombinarse iones y electrones, o al relajarse los átomos excitados, se emiten fotones de colores característicos.
- Forma y volumen variables: como un gas, tiende a ocupar todo el espacio disponible, salvo que se confine.
Tipos de plasma
| Tipo | Rasgos | Ejemplos |
|---|---|---|
| Plasma caliente (térmico) | Casi totalmente ionizado; electrones e iones a temperaturas similares, de miles a millones de kelvin | Interior del Sol y de las estrellas, reactores de fusión |
| Plasma frío (no térmico) | Ionización parcial; los electrones están calientes pero los iones y los átomos neutros permanecen cerca de la temperatura ambiente | Tubos fluorescentes, letreros de neón, esterilización |
| Plasma natural | Producido sin intervención humana | Rayos, auroras polares, viento solar, ionosfera |
| Plasma artificial | Generado en dispositivos | Soldadura por arco, lámparas de descarga, pantallas de plasma, antorchas de corte |
Ejemplos de plasma
- El Sol y las estrellas: el núcleo solar supera los 15 millones de kelvin y es plasma de hidrógeno y helio en el que ocurre la fusión nuclear.
- Los rayos: el canal de una descarga eléctrica atmosférica alcanza decenas de miles de kelvin.
- Las auroras: partículas cargadas del viento solar excitan los gases de la alta atmósfera.
- Las luces de neón y los fluorescentes: una descarga eléctrica ioniza el gas del interior del tubo.
Aplicaciones
- Fusión nuclear: proyectos como ITER confinan plasma de hidrógeno con campos magnéticos para obtener energía; véase energía nuclear.
- Industria: corte y soldadura por plasma, deposición de capas finas y fabricación de microchips.
- Medicina: esterilización de instrumental y estudio de aplicaciones en cicatrización.
- Iluminación y pantallas: lámparas de descarga y antiguos televisores de plasma.
- Tratamiento de residuos y de superficies, y propulsión espacial por plasma.
Ejercicios resueltos
1. En un gas parcialmente ionizado hay 10¹⁶ iones por m³ y 10¹⁹ átomos neutros por m³. Calcula el grado de ionización.
Grado de ionización = ni / (ni + nn) = 10¹⁶ / (10¹⁶ + 10¹⁹) ≈ 10⁻³. Es decir, ≈ 0,1 %: un plasma débilmente ionizado.
2. Expresa en kelvin una energía térmica de 1 eV (kB = 8,617 · 10⁻⁵ eV/K).
T = E / kB = 1 / 8,617 · 10⁻⁵ = 11 605 K. En física de plasmas, 1 eV ≈ 11 600 K.
3. Calcula la energía en julios necesaria para ionizar un átomo de hidrógeno (13,6 eV; 1 eV = 1,602 · 10⁻¹⁹ J).
E = 13,6 · 1,602 · 10⁻¹⁹ = 2,18 · 10⁻¹⁸ J. Resultado: ≈ 2,18 · 10⁻¹⁸ J por átomo.
Preguntas frecuentes
¿Es el plasma el estado más abundante del universo?
Sí, se estima que más del 99 % de la materia visible está en estado plasmático, sobre todo en estrellas y en el medio interestelar e intergaláctico. En la Tierra es raro de forma natural.
¿Es el fuego un plasma?
Una llama común es, sobre todo, una mezcla de gases calientes y partículas incandescentes, con un grado de ionización muy bajo. Solo es plasma de forma marginal, por lo que no suele considerarse como tal.
¿Qué diferencia hay entre un gas y un plasma?
El gas está formado por átomos o moléculas neutras. El plasma contiene iones y electrones libres, conduce la electricidad y reacciona a campos magnéticos.
¿Se puede tocar un plasma?
Depende. Los plasmas calientes (estrellas, arcos) destruirían cualquier objeto. Los plasmas fríos, como los de algunas lámparas de plasma decorativas, se pueden tocar porque su temperatura global es baja.
¿Por qué se llama plasma?
Porque Irving Langmuir lo comparó, en 1928, con el plasma sanguíneo, por su forma de arrastrar y transportar partículas.
Referencias
- Chen, F. F. Introduction to Plasma Physics and Controlled Fusion. Springer.
- Brown, T. L. et al. Química. La ciencia central. Pearson.
- Bittencourt, J. A. Fundamentals of Plasma Physics. Springer.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Estado plasmático». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/quimica/estado-plasmatico/
