- gás parcial ou totalmente ionizado formado por átomos neutros (ou moléculas) e partículas carregadas (íons e elétrons). A característica mais importante do plasma é a sua quase neutralidade, o que significa que as densidades de volume das partículas carregadas positivas e negativas das quais é formado são quase as mesmas. Um gás passa para um estado de plasma se alguns de seus átomos constituintes (moléculas) por algum motivo perderam um ou mais elétrons, ou seja, transformados em íons positivos. Em alguns casos, íons negativos também podem aparecer no plasma como resultado da "aderência" de elétrons a átomos neutros. Se nenhuma partícula neutra permanece no gás, diz-se que o plasma está totalmente ionizado.

Não existe uma fronteira nítida entre gás e plasma. Qualquer substância que esteja inicialmente em estado sólido começa a derreter à medida que a temperatura aumenta e evapora após aquecimento adicional, ou seja, transforma-se em gás. Se for um gás molecular (por exemplo, hidrogênio ou nitrogênio), com um aumento subsequente da temperatura, as moléculas do gás se desintegram em átomos individuais (dissociação). Em uma temperatura ainda mais alta, o gás ioniza, íons positivos e elétrons livres aparecem nele. Elétrons e íons em movimento livre podem transportar corrente elétrica, então uma das definições de plasma é que um plasma é um gás condutor. O aquecimento de uma substância não é a única maneira de obter um plasma.

O plasma é o quarto estado da matéria, obedece às leis dos gases e em muitos aspectos se comporta como um gás. Ao mesmo tempo, o comportamento do plasma em vários casos, especialmente quando exposto a campos elétricos e magnéticos, acaba sendo tão incomum que muitas vezes é referido como um novo quarto estado da matéria. Em 1879, o físico inglês W. Crooks, que estudou a descarga elétrica em tubos com ar rarefeito, escreveu: "Os fenômenos em tubos evacuados abrem um novo mundo para a ciência física, no qual a matéria pode existir no quarto estado". Os antigos filósofos acreditavam que a base do universo são quatro elementos: terra, água, ar e fogo. . Em certo sentido, isso corresponde à divisão atualmente aceita em estados agregados da matéria, e o quarto elemento é o fogo e, obviamente, corresponde ao plasma.

O termo "plasma" aplicado a um gás ionizado quase neutro foi introduzido pelos físicos americanos Langmuir Tonks em 1923 ao descrever fenômenos em uma descarga de gás. Até então, a palavra "plasma" era usada apenas por fisiologistas e denotava um componente líquido incolor do sangue, leite ou tecidos vivos, mas logo o conceito de "plasma" foi firmemente estabelecido no dicionário físico internacional, tendo recebido a mais ampla distribuição .

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Uma mesma substância na natureza tem a capacidade de variar radicalmente suas propriedades dependendo da temperatura e da pressão. Um excelente exemplo disso é a água, que existe como gelo sólido, líquido e vapor. Esses são os três estados de agregação dessa substância, que possui a fórmula química H 2 O. Outras substâncias em condições naturais são capazes de alterar suas características de maneira semelhante. Mas além dos listados, na natureza existe outro estado de agregação - plasma. É bastante raro em condições terrenas, dotado de qualidades especiais.

Estrutura molecular

Do que dependem os 4 estados da matéria em que a matéria reside? Da interação dos elementos do átomo e das próprias moléculas, dotadas das propriedades de repulsão e atração mútuas. Essas forças são autocompensadas no estado sólido, onde os átomos estão geometricamente corretos, formando uma rede cristalina. Ao mesmo tempo, um objeto material é capaz de reter ambas as características qualitativas acima mencionadas: volume e forma.

Mas assim que a energia cinética das moléculas aumenta, movendo-se caoticamente, elas destroem a ordem estabelecida, transformando-se em líquidos. Possuem fluidez e caracterizam-se pela ausência de parâmetros geométricos. Mas, ao mesmo tempo, essa substância mantém sua capacidade de não alterar o volume total. No estado gasoso, a atração mútua entre as moléculas está completamente ausente, de modo que o gás não tem forma e tem a possibilidade de expansão ilimitada. Mas a concentração da substância ao mesmo tempo cai significativamente. As próprias moléculas não mudam em condições normais. Esta é a principal característica dos primeiros 3 dos 4 estados da matéria.

Transformação de estado

O processo de transformar um sólido em outras formas pode ser realizado aumentando gradualmente a temperatura e variando a pressão. Nesse caso, as transições ocorrerão abruptamente: a distância entre as moléculas aumentará visivelmente, as ligações intermoleculares serão destruídas com uma mudança na densidade, entropia e na quantidade de energia livre. Também é provável que um corpo sólido se transforme imediatamente em uma forma gasosa, contornando estágios intermediários. Chama-se sublimação. Tal processo é bem possível em condições terrestres comuns.

Mas quando os indicadores de temperatura e pressão atingem um nível crítico, a energia interna da substância se forma tanto que os elétrons, movendo-se a uma velocidade frenética, saem de suas órbitas intra-atômicas. Nesse caso, partículas positivas e negativas são formadas, mas sua densidade na estrutura resultante permanece quase a mesma. Assim, surge o plasma - um estado agregado da matéria, que, na verdade, é um gás, total ou parcialmente ionizado, cujos elementos são dotados da capacidade de interagir uns com os outros a longas distâncias.

Plasma do espaço de alta temperatura

O plasma, via de regra, é uma substância neutra, embora consista em partículas carregadas, porque os elementos positivos e negativos nele, sendo aproximadamente iguais em número, se compensam. Este estado de agregação em condições terrestres normais é menos comum do que os outros mencionados anteriormente. Mas, apesar disso, a maioria dos corpos cósmicos consiste em plasma natural.

Um exemplo disso é o Sol e outras inúmeras estrelas do Universo. Lá as temperaturas são fantasticamente altas. De fato, na superfície da principal luminária do nosso sistema planetário, eles atingem 5.500 ° C. Isso é mais de cinquenta vezes maior do que os parâmetros necessários para a água ferver. No centro da bola que cospe fogo, a temperatura é de 15.000.000°C. Não é de surpreender que os gases (principalmente o hidrogênio) sejam ionizados ali, atingindo o estado agregado do plasma.

Plasma de baixa temperatura na natureza

O meio interestelar que preenche o espaço galáctico também consiste em plasma. Mas difere de sua variedade de alta temperatura descrita anteriormente. Tal substância consiste em matéria ionizada proveniente da radiação emitida pelas estrelas. Este é um plasma de baixa temperatura. Da mesma forma, os raios do sol, atingindo os limites da Terra, criam a ionosfera e o cinturão de radiação acima dela, constituído de plasma. As diferenças estão apenas na composição da substância. Embora todos os elementos apresentados na tabela periódica possam estar em um estado semelhante.

Plasma no laboratório e sua aplicação

De acordo com as leis, é facilmente obtido nas condições que nos são familiares. Ao realizar experimentos de laboratório, um capacitor, um diodo e uma resistência conectados em série são suficientes. Um circuito semelhante é conectado a uma fonte de corrente por um segundo. E se você tocar os fios em uma superfície de metal, as próprias partículas, assim como as moléculas de vapor e ar localizadas próximas a ela, são ionizadas e se encontram no estado agregado do plasma. Propriedades semelhantes da matéria são usadas para criar telas de xenônio e néon e máquinas de solda.

Plasma e fenômenos naturais

Sob condições naturais, o plasma pode ser observado à luz da aurora boreal e durante tempestades na forma de raios esféricos. Uma explicação para alguns fenômenos naturais, que antes eram atribuídos a propriedades místicas, agora foi dada pela física moderna. O plasma, formado e brilhando nas extremidades de objetos altos e pontiagudos (mastros, torres, árvores enormes) em um estado especial da atmosfera, séculos atrás foi tomado pelos marinheiros como mensageiro da boa sorte. É por isso que esse fenômeno foi chamado de "Fogos de St. Elmo".

Vendo uma descarga corona na forma de borlas ou feixes luminosos durante uma tempestade em uma tempestade, os viajantes tomaram isso como um bom presságio, percebendo que haviam evitado o perigo. Não é de surpreender, porque os objetos que se elevam acima da água, adequados aos "sinais do santo", podem falar sobre a aproximação do navio à costa ou profetizar um encontro com outros navios.

Plasma fora de equilíbrio

Os exemplos acima indicam eloquentemente que não é necessário aquecer a matéria a temperaturas fantásticas para atingir um estado de plasma. Para ionização, basta usar a força do campo eletromagnético. Ao mesmo tempo, os elementos constituintes pesados ​​da matéria (íons) não adquirem energia significativa, porque a temperatura durante esse processo pode não exceder várias dezenas de graus Celsius. Sob tais condições, os elétrons de luz, separando-se do átomo principal, movem-se muito mais rápido do que as partículas mais inertes.

Esse plasma frio é chamado de não equilíbrio. Além de TVs de plasma e lâmpadas de neon, também é usado na purificação de água e alimentos e é usado para desinfecção para fins médicos. Além disso, o plasma frio pode ajudar a acelerar as reações químicas.

Princípios de uso

Um excelente exemplo de como o plasma criado artificialmente é usado em benefício da humanidade é a fabricação de monitores de plasma. As células de tal tela são dotadas da capacidade de emitir luz. O painel é uma espécie de "sanduíche" de chapas de vidro, próximas umas das outras. Entre eles estão caixas com uma mistura de gases inertes. Eles podem ser neon, xenônio, argônio. E fósforos de cor azul, verde e vermelha são aplicados à superfície interna das células.

Fora das células, eletrodos condutores são conectados, entre os quais uma tensão é criada. Como resultado, surge um campo elétrico e, como resultado, as moléculas do gás são ionizadas. O plasma resultante emite raios ultravioleta, que são absorvidos pelos fósforos. Diante disso, o fenômeno da fluorescência ocorre por meio dos fótons emitidos neste caso. Devido à complexa conexão dos raios no espaço, surge uma imagem brilhante de uma ampla variedade de tons.

Horrores de Plasma

Esta forma de matéria assume uma aparência mortal durante uma explosão nuclear. Plasma em grandes volumes é formado durante esse processo descontrolado com a liberação de uma enorme quantidade de vários tipos de energia. resultante do lançamento do detonador, estoura e aquece o ar circundante a temperaturas gigantescas nos primeiros segundos. Neste ponto, uma bola de fogo mortal aparece, crescendo a uma velocidade impressionante. A área visível da esfera brilhante é ampliada pelo ar ionizado. Coágulos, bastões e jatos de plasma de explosão formam uma onda de choque.

A princípio, a bola luminosa, avançando, absorve instantaneamente tudo em seu caminho. Não apenas ossos e tecidos humanos se transformam em poeira, mas também rochas sólidas, até mesmo as estruturas e objetos artificiais mais duráveis ​​são destruídos. Portas blindadas para abrigos seguros não salvam, tanques e outros equipamentos militares são destruídos.

O plasma em suas propriedades se assemelha a um gás, pois não possui certas formas e volumes, pelo que é capaz de se expandir indefinidamente. Por esta razão, muitos físicos são da opinião de que não deve ser considerado um estado separado de agregação. No entanto, suas diferenças significativas em relação apenas ao gás quente são óbvias. Estes incluem: a capacidade de conduzir correntes elétricas e exposição a campos magnéticos, instabilidade e a capacidade de partículas compostas de ter diferentes velocidades e temperaturas, enquanto interagem coletivamente umas com as outras.

Milhares de anos de intenso desenvolvimento, o estudo da vida e da natureza levaram o homem ao conhecimento dos quatro estados da matéria. O plasma acabou sendo o mais misterioso deles. Desde o momento em que o homem descobriu sua existência, o estudo do plasma e sua aplicação prática foi aos trancos e barrancos. Uma ciência tão promissora hoje como a química do plasma surgiu e começou a se desenvolver ativamente.

Mesmo nos dias da Grécia Antiga, o cientista Aristóteles sabia que todos os corpos consistem em quatro elementos-elementos inferiores: terra, água, ar e fogo. Hoje esses conceitos mudaram seus nomes, mas não o significado. De fato, todos sabem que a matéria pode estar em quatro estados: sólido, líquido, gasoso e plasma.

O quarto estado da matéria foi descoberto por W. Crookes em 1879 e denominado "plasma" por I. Langmuir em 1928.

Plasma (do grego. Plasma - moldado, moldado), gás parcial ou completamente ionizado, no qual a densidade de cargas positivas e negativas é quase a mesma.

O plasma é um gás composto de partículas carregadas positiva e negativamente em tais proporções que sua carga total é zero. Partículas carregadas que se movem livremente podem transportar corrente elétrica, portanto, o plasma é um gás com condutividade elétrica. Comparado a condutores conhecidos, em particular metais - eletrólitos, o plasma é milhares de vezes mais leve.

Não há diferença entre gases e plasmas em alguns aspectos. O plasma obedece às leis dos gases e, de muitas maneiras, se comporta como um gás.

Uma característica importante de um plasma é o movimento caótico das partículas inerentes a um gás, que podem ser ordenadas em um plasma. Sob a influência de um campo magnético ou elétrico externo, é possível dar direção ao movimento das partículas de plasma. Portanto, o plasma pode ser pensado como um meio fluido que tem a propriedade de conduzir uma corrente elétrica.

O conceito de plasma, ou estado de plasma da matéria, abrange gases quentes e frios que possuem luminescência e condutividade elétrica. Existem dois tipos de plasma: isométrico, que surge a uma temperatura de gás alta o suficiente para uma forte ionização térmica, e descarga de gás, formada durante descargas elétricas em gases.

Em um plasma isométrico, a energia cinética média das partículas: elétrons, íons, átomos e moléculas neutros e excitados é a mesma. Em equilíbrio térmico com o ambiente, tal plasma pode existir indefinidamente. Um plasma de descarga de gás é estável apenas na presença de um campo elétrico no gás que acelera os elétrons. A temperatura do plasma de descarga de gás é maior que a temperatura do gás neutro. Assim, o estado do plasma é instável e, quando o campo elétrico para, o plasma de descarga de gás desaparece em uma fração de segundo, ou seja, 10-5 e 10-7 segundos, pois a deionização dos gases ocorre durante esse período. Portanto, o plasma é, por um lado, o estado de um gás e, por outro, uma mistura de vários gases. Consiste em moléculas normais, elétrons livres, íons e fótons. O conjunto de partículas de cada tipo forma seu próprio gás, composto por moléculas neutras, elétrons, íons e fótons. Todos esses gases, juntos, formam o que é chamado de plasma.

O plasma surge como resultado da ionização das moléculas: quando duas partículas de moléculas com alta energia colidem, quando as moléculas colidem com elétrons ou íons, quando os fótons agem sobre as moléculas. Todos esses processos são reversíveis, pois os processos de recombinação ocorrem no plasma - a restauração do estado neutro. Na prática, o plasma pode ser formado quando um incêndio queima, quando uma corrente elétrica passa por um gás, em temperaturas elevadas, etc.

De acordo com as idéias de hoje, o estado de fase da maior parte da matéria (em massa aproximadamente 99,9%) no Universo é plasma. Todas as estrelas são feitas de plasma, e até o espaço entre elas é preenchido com plasma, embora muito rarefeito. Por exemplo, o planeta Júpiter concentrou em si quase toda a matéria do sistema solar, que está em um estado "não-plasmático" (líquido, sólido e gasoso). Ao mesmo tempo, a massa de Júpiter é apenas cerca de 0,1% da massa do sistema solar, e o volume é ainda menor: apenas 10-15%. Ao mesmo tempo, as menores partículas de poeira que preenchem o espaço sideral e carregam uma certa carga elétrica podem ser consideradas em conjunto como um plasma consistindo de íons carregados superpesados.

O plasma tem propriedades diferentes. Os principais são:

• 1. A condutividade elétrica é a principal propriedade do plasma. Outra propriedade está associada à condutividade elétrica, a luminescência, como resultado da excitação das moléculas. A energia interna do plasma é 3 cal/deg* mol para um gás monoatômico e 12 cal/deg* mol para moléculas poliatômicas, como o benzeno. Para o estado de plasma, a capacidade de calor é de 100 a 200 cal / deg - mol, ou seja, 40 a 50 vezes maior que a dos gases. A alta capacidade calorífica é explicada pelo fato de que durante a transição de uma substância do estado normal para o plasma, parte da energia é gasta na ionização. Essa energia, como vemos, é bastante grande.
• 2. O plasma tem um movimento específico. É causada pela presença de um grande número de cargas que determinam a condutividade elétrica do plasma, o que leva a um novo movimento do plasma, que não está presente em nenhum dos outros estados de agregação. Como é sabido, em sistemas não ionizados ocorre sob a ação da gravidade, inércia, elasticidade e aqui - sob a influência de forças magnéticas e elétricas. O movimento aleatório de elétrons e íons leva ao fato de que a densidade de partículas igualmente carregadas em algumas áreas se torna maior ou menor, como resultado da intensidade de carga em algumas áreas aumenta ou diminui, o que causa o movimento de partículas carregadas positivamente para cargas mais intensas de partículas negativas. Como resultado desse movimento, surgem oscilações do tipo pendular, pois o movimento de um campo carregado negativamente para um campo positivo, por sua vez, provoca novas seções com diferentes densidades de carga de mesmo sinal, ou seja, ondas de eletricidade positiva e negativa. surgir.
• 3. Uma das propriedades mais importantes de um plasma é a possibilidade de ocorrência de oscilações eletromagnéticas em uma faixa extremamente ampla sob a influência do movimento que ocorre no próprio plasma ou sob a influência de uma corrente elétrica que flui no plasma. Na presença de um forte campo magnético externo, o plasma começa a se mover na direção perpendicular à corrente, o que permite, agindo por um campo eletromagnético, fechar o movimento do plasma em um círculo.

Esta propriedade do plasma é muito importante para a obtenção de altas temperaturas.

Síntese nuclear

Acredita-se que as reservas de combustível químico para a humanidade serão suficientes por várias décadas. As reservas exploradas de combustível nuclear também são limitadas. Reações termonucleares controladas no plasma podem salvar a humanidade da fome de energia e se tornar uma fonte quase inesgotável de energia.

1 litro de água comum contém 0,15 ml de água pesada (D2O). A fusão de núcleos de deutério a partir de 0,15 ml de D2O libera tanta energia quanto é gerada durante a combustão de 300 litros de gasolina. O trítio praticamente não existe na natureza, mas pode ser obtido bombardeando o isótopo n do lítio com nêutrons.

O núcleo de um átomo de hidrogênio nada mais é do que um próton p. O núcleo de deutério contém, além disso, mais um nêutron, e o núcleo de trítio contém dois nêutrons. O deutério e o trítio podem reagir entre si de dez maneiras diferentes. Mas as probabilidades de tais reações às vezes diferem em centenas de trilhões de vezes e a quantidade de energia liberada - em 10 a 15 vezes. Apenas três deles são de interesse prático.

Se todos os núcleos em algum volume reagem simultaneamente, a energia é liberada instantaneamente. Ocorre uma explosão termonuclear. No reator, a reação de síntese deve ocorrer lentamente.

Até agora, a fusão termonuclear controlada não foi alcançada e promete vantagens consideráveis. A energia liberada durante as reações termonucleares por unidade de massa de combustível é milhões de vezes maior que a energia do combustível químico e, portanto, centenas de vezes mais barata. Na energia termonuclear, não há liberação de produtos de combustão na atmosfera e resíduos radioativos. Finalmente, uma explosão é descartada em uma usina termonuclear.

Durante a fusão, a maior parte da energia (mais de 75%) é liberada como energia cinética de nêutrons ou prótons. Se os nêutrons são desacelerados em uma substância adequada, ela se aquece; O calor resultante pode ser facilmente convertido em energia elétrica. A energia cinética das partículas carregadas - prótons - é diretamente convertida em eletricidade.

Em uma reação de fusão, os núcleos devem se combinar, mas eles são carregados positivamente e, portanto, de acordo com a lei de Coulomb, eles se repelem. Para vencer as forças repulsivas, mesmo os núcleos de deutério e trítio, que têm a menor carga (Z. = 1), precisam de uma energia de cerca de 10 ou 100 keV. Corresponde a uma temperatura da ordem de 108-109 K. A tais temperaturas, qualquer substância está em estado de plasma de alta temperatura.

Do ponto de vista da física clássica, a reação de fusão é impossível, mas aqui um efeito de tunelamento puramente quântico vem em socorro. Calcula-se que a temperatura de ignição, a partir da qual a liberação de energia excede suas perdas, para a reação deutério-trítio (DT) é de aproximadamente 4,5x107 K e para as reações deutério-deutério (DD) - cerca de 4x108 K. Naturalmente, a reacção DT é preferível. O plasma é aquecido por corrente elétrica, radiação laser, ondas eletromagnéticas e outros métodos. Mas não é só o calor que importa.

Quanto maior a concentração, mais frequentemente as partículas colidem umas com as outras, então pode parecer que é melhor usar plasma de alta densidade para realizar reações termonucleares. No entanto, se 1 cm3 de plasma contivesse 1019 partículas (a concentração de moléculas em um gás em condições normais), a pressão nele em temperaturas de reações termonucleares atingiria cerca de 106 atm. Nenhuma estrutura pode suportar tal pressão e, portanto, o plasma deve ser rarefeito (com uma concentração de cerca de 1015 partículas por 1 cm3). As colisões de partículas neste caso ocorrem com menor frequência e, para manter a reação, é necessário aumentar seu tempo de residência no reator, ou tempo de retenção. Isso significa que para a implementação de uma reação termonuclear, é necessário considerar o produto da concentração de partículas de plasma e o tempo de sua retenção. Para reações DD, este produto (o chamado critério de Lawson) é 1016 s/cm 3 , e para a reação DT é 1014 s/cm 3 .

Plasma sanguíneo: elementos constituintes (substâncias, proteínas), funções no corpo, uso

O plasma sanguíneo é o primeiro componente (líquido) do meio biológico mais valioso chamado sangue. O plasma sanguíneo ocupa até 60% do volume total de sangue. A segunda parte (40 - 45%) do fluido que circula na corrente sanguínea é ocupada pelos elementos figurados: eritrócitos, leucócitos e plaquetas.

A composição do plasma sanguíneo é única. O que não está lá? Várias proteínas, vitaminas, hormônios, enzimas - em geral, tudo o que garante a vida do corpo humano a cada segundo.

Composição do plasma sanguíneo

Um líquido transparente amarelado liberado durante a formação de uma convolução em um tubo de ensaio - é plasma? Não - isso soro sanguíneo, em que não há proteína coagulada (fator I), entrou em um coágulo. No entanto, se você colocar sangue em um tubo de ensaio com um anticoagulante, ele não permitirá que ele (sangue) coagule, e elementos de formato pesado afundarão no fundo depois de um tempo, enquanto no topo também haverá um amarelado, mas um pouco turvo, ao contrário do soro, líquido, aqui está e coma plasma sanguíneo, cuja turbidez é dada pelas proteínas nele contidas, em particular, o fibrinogênio (FI).

A composição do plasma sanguíneo é impressionante em sua diversidade. Nele, além da água, que é de 90 a 93%, existem componentes de natureza proteica e não proteica (até 10%):

plasma no sangue

• , que ocupam 7 - 8% do volume total da parte líquida do sangue (1 litro de plasma contém de 65 a 85 gramas de proteínas, a norma de proteína total no sangue em análise bioquímica: 65 - 85 g / eu). As principais proteínas plasmáticas são reconhecidas (até 50% de todas as proteínas ou 40 - 50 g / l), (≈ 2,7%) e fibrinogênio;
• Outras substâncias de natureza protéica (componentes do complemento, complexos carboidrato-proteína, etc.);
• Substâncias biologicamente ativas (enzimas, fatores hematopoiéticos - hemocitocinas, hormônios, vitaminas);
• Peptídeos de baixo peso molecular são citocinas, que, em princípio, são proteínas, mas de baixo peso molecular, são produzidas principalmente por linfócitos, embora outras células sanguíneas também estejam envolvidas nisso. Apesar de seu "pequeno crescimento", as citocinas são dotadas das funções mais importantes, elas realizam a interação do sistema imunológico com outros sistemas ao desencadear a resposta imune;
• Carboidratos que estão envolvidos em processos metabólicos que ocorrem constantemente em um organismo vivo;
• Produtos resultantes desses processos metabólicos, que posteriormente serão removidos pelos rins (, etc.);
• No plasma sanguíneo, a grande maioria dos elementos da tabela de D. I. Mendeleev é coletada. É verdade que alguns representantes de natureza inorgânica (potássio, iodo, cálcio, enxofre, etc.) na forma de cátions e ânions circulantes são fáceis de contar, outros (vanádio, cobalto, germânio, titânio, arsênico etc.) - devido a a escassa quantia, calculada com dificuldade. Enquanto isso, a participação de todos os elementos químicos presentes no plasma é de 0,85 a 0,9%.

Assim, o plasma é um sistema coloidal muito complexo no qual "flutua" tudo o que está contido no corpo humano e mamífero e tudo o que está sendo preparado para remoção dele.

A água é fonte de H 2 O para todas as células e tecidos, estando presente no plasma em quantidades tão significativas, que proporciona um nível normal (PA), mantém um volume de sangue circulante mais ou menos constante (CBC).

Diferindo em resíduos de aminoácidos, propriedades físico-químicas e outras características, as proteínas formam a base do organismo, dando-lhe vida. Ao dividir as proteínas do plasma em frações, pode-se descobrir o conteúdo de proteínas individuais, em particular, albuminas e globulinas, no plasma sanguíneo. Isso é feito para fins de diagnóstico em laboratórios, isso é feito em escala industrial para obter medicamentos terapêuticos muito valiosos.

Entre os compostos minerais, a maior participação na composição do plasma sanguíneo pertence ao sódio e ao cloro (Na e Cl). Esses dois elementos ocupam ≈ 0,3% da composição mineral do plasma, ou seja, são, por assim dizer, os principais, que muitas vezes são usados ​​para repor o volume de sangue circulante (CBC) em caso de perda de sangue. Nesses casos, um medicamento acessível e barato é preparado e transfundido - solução isotônica de cloreto de sódio. Ao mesmo tempo, a solução de NaCl a 0,9% é chamada de fisiológica, o que não é totalmente verdade: a solução fisiológica deve, além de sódio e cloro, conter outros macro e microelementos (corresponder à composição mineral do plasma).

Vídeo: o que é plasma sanguíneo

As funções do plasma sanguíneo são fornecidas por proteínas

As funções do plasma sanguíneo são determinadas pela sua composição, principalmente proteína. Essa questão será abordada com mais detalhes nas seções abaixo, dedicadas às principais proteínas plasmáticas, porém, não custa destacar brevemente as tarefas mais importantes que esse material biológico resolve. Assim, as principais funções do plasma sanguíneo:

1. Transporte (albumina, globulinas);
2. Desintoxicação (albumina);
3. Protetora (globulinas - imunoglobulinas);
4. Coagulação (fibrinogênio, globulinas: alfa-1-globulina - protrombina);
5. Regulação e coordenação (albumina, globulinas);

Trata-se brevemente da finalidade funcional do fluido, que, como parte do sangue, se move constantemente pelos vasos sanguíneos, garantindo o funcionamento normal do corpo. Mas ainda assim, alguns de seus componentes deveriam ter recebido mais atenção, por exemplo, o que o leitor aprendeu sobre as proteínas do plasma sanguíneo, tendo recebido tão pouca informação? Mas são eles que, principalmente, resolvem as tarefas listadas (funções do plasma sanguíneo).

proteínas do plasma sanguíneo

É claro que fornecer a maior quantidade de informações, afetando todas as características das proteínas presentes no plasma, em um pequeno artigo dedicado à parte líquida do sangue, provavelmente é difícil de fazer. Enquanto isso, é bem possível familiarizar o leitor com as características das principais proteínas (albuminas, globulinas, fibrinogênio - são consideradas as principais proteínas plasmáticas) e mencionar as propriedades de algumas outras substâncias de natureza proteica. Especialmente porque (como mencionado acima) eles garantem o desempenho de alta qualidade de suas funções funcionais com este valioso líquido.

As principais proteínas plasmáticas serão discutidas um pouco abaixo, porém, gostaria de apresentar ao leitor uma tabela que mostra quais proteínas representam as principais proteínas do sangue, bem como sua principal finalidade.

Tabela 1. Principais proteínas plasmáticas

Principais proteínas do plasma	Conteúdo no plasma (norma), g/l	Os principais representantes e sua finalidade funcional
Albuminas	35 - 55	"Material de construção", um catalisador para reações imunológicas, funções: transporte, neutralização, regulação, proteção.
Alfa globulina α-1	1,4 – 3,0	α1-antitripsina, proteína α-ácido, protrombina, transcortina transportadora de cortisol, proteína de ligação à tiroxina, α1-lipoproteína, transporte de gorduras para os órgãos.
Alfa globulina α-2	5,6 – 9,1	α-2-macroglobulina (a principal proteína do grupo) participa da resposta imune, a haptoglobina forma um complexo com a hemoglobina livre, a ceruloplasmina transporta cobre, a apolipoproteína B transporta lipoproteínas de baixa densidade (colesterol "ruim").
Betaglobulinas: β1+β2	5,4 – 9,1	Hemopexina (liga-se à hemoglobina heme, que impede a remoção de ferro do corpo), β-transferrina (transfere Fe), componente do complemento (participa em processos imunológicos), β-lipoproteínas - um “veículo” para colesterol e fosfolipídios.
Gamaglobulina γ	8,1 – 17,0	Anticorpos naturais e adquiridos (imunoglobulinas de 5 classes - IgG, IgA, IgM, IgE, IgD), que realizam principalmente proteção imunológica no nível da imunidade humoral e criam um alergostatus do corpo.
fibrinogênio	2,0 – 4,0	O primeiro fator do sistema de coagulação do sangue é FI.

Albuminas

As albuminas são proteínas simples que, comparadas com outras proteínas:

estrutura da albumina

• Apresentam a maior estabilidade em soluções, mas ao mesmo tempo dissolvem-se bem em água;
• Eles toleram bem temperaturas abaixo de zero, não sendo particularmente danificados ao serem congelados novamente;
• Não desmorone quando seco;
• Permanecendo 10 horas em uma temperatura bastante alta para outras proteínas (60ᵒС), elas não perdem suas propriedades.

A capacidade dessas proteínas importantes se deve à presença na molécula de albumina de um número muito grande de cadeias laterais de decomposição polar, o que determina as principais funções funcionais das proteínas - participação no metabolismo e implementação de um efeito antitóxico. As funções da albumina no plasma sanguíneo podem ser representadas da seguinte forma:

1. Participação no metabolismo da água (devido às albuminas, o volume de líquido necessário é mantido, pois fornecem até 80% da pressão sanguínea coloidosmótica total);
2. Participação no transporte de vários produtos, e especialmente aqueles que são difíceis de dissolver em água, por exemplo, gorduras e pigmento biliar - bilirrubina (a bilirrubina, ao entrar em contato com as moléculas de albumina, torna-se inofensiva ao corpo e, nesse estado, é transferida para o fígado );
3. Interação com macro e microelementos que entram no plasma (cálcio, magnésio, zinco, etc.), bem como com muitos medicamentos;
4. Ligação de produtos tóxicos nos tecidos onde essas proteínas penetram livremente;
5. Transferência de carboidratos;
6. Ligação e transferência de ácidos graxos livres - ácidos graxos (até 80%), enviados para o fígado e outros órgãos dos depósitos de gordura e, inversamente, os ácidos graxos não apresentam agressão aos glóbulos vermelhos (eritrócitos) e a hemólise não ocorre;
7. Proteção contra hepatose gordurosa das células do parênquima hepático e degeneração (gordurosa) de outros órgãos do parênquima e, além disso, um obstáculo à formação de placas ateroscleróticas;
8. Regulação do "comportamento" de certas substâncias no corpo humano (uma vez que a atividade de enzimas, hormônios, medicamentos antibacterianos em uma forma ligada cai, essas proteínas ajudam a direcionar sua ação na direção certa);
9. Garantir o nível ideal de cátions e ânions no plasma, proteção contra os efeitos negativos de sais de metais pesados ​​que entram acidentalmente no corpo (são complexados com eles usando grupos tiol), neutralização de substâncias nocivas;
10. Catálise de reações imunológicas (antígeno→anticorpo);
11. Manter um pH sanguíneo constante (o quarto componente do sistema tampão são as proteínas plasmáticas);
12. Auxílio na "construção" de proteínas teciduais (as albuminas, juntamente com outras proteínas, constituem uma reserva de "materiais de construção" para um assunto tão importante).

A albumina é sintetizada no fígado. A meia-vida média dessa proteína é de 2 a 2,5 semanas, embora alguns "vivam" por uma semana, enquanto outros "funcionam" até 3 a 3,5 semanas. Ao fracionar as proteínas do plasma dos doadores, obtém-se um valioso medicamento terapêutico (solução a 5%, 10% e 20%), que tem nome semelhante. A albumina é a última fração do processo, de modo que sua produção requer custos de mão de obra e materiais consideráveis, daí o custo do agente terapêutico.

As indicações para o uso de albumina do doador são várias condições (na maioria dos casos bastante graves): uma grande perda de sangue com risco de vida, uma queda nos níveis de albumina e uma diminuição na pressão coloidosmótica devido a várias doenças.

Globulinas

Essas proteínas ocupam uma proporção menor em relação à albumina, mas bastante tangíveis entre outras proteínas. Em condições de laboratório, as globulinas são divididas em cinco frações: α-1, α-2, β-1, β-2 e γ-globulinas. Em condições de produção, para obter preparações da fração II + III, isolam-se gamaglobulinas, que posteriormente serão usadas para tratar várias doenças acompanhadas de uma violação no sistema imunológico.

variedade de formas de espécies de proteínas plasmáticas

Ao contrário das albuminas, a água não é adequada para dissolver globulinas, pois elas não se dissolvem nela, mas sais neutros e bases fracas são bastante adequados para preparar uma solução dessa proteína.

As globulinas são proteínas plasmáticas muito importantes, na maioria dos casos são proteínas de fase aguda. Apesar de seu conteúdo estar dentro de 3% de todas as proteínas plasmáticas, eles resolvem as tarefas mais importantes para o corpo humano:

• As alfaglobulinas estão envolvidas em todas as reações inflamatórias (um aumento na fração α é observado no exame bioquímico de sangue);
• As alfa e beta globulinas, fazendo parte das lipoproteínas, realizam funções de transporte (as gorduras no estado livre no plasma aparecem muito raramente, exceto após uma refeição gordurosa não saudável e, em condições normais, o colesterol e outros lipídios estão associados às globulinas e formam uma água forma solúvel, que é facilmente transportada de um órgão para outro);
• As α- e β-globulinas estão envolvidas no metabolismo do colesterol (veja acima), o que determina seu papel no desenvolvimento da aterosclerose, por isso não é de surpreender que em patologias que ocorrem com acúmulo de lipídios, os valores da fração beta mudem para cima ;
• As globulinas (fração alfa-1) carregam vitamina B12 e certos hormônios;
• A alfa-2-globulina faz parte da haptoglobina, que está muito envolvida nos processos redox - essa proteína de fase aguda se liga à hemoglobina livre e, assim, impede a remoção de ferro do corpo;
• Parte das beta-globulinas, juntamente com as gama-globulinas, resolvem os problemas de defesa imunológica do organismo, ou seja, são imunoglobulinas;
• Representantes das frações alfa, beta-1 e beta-2 toleram hormônios esteróides, vitamina A (caroteno), ferro (transferrina), cobre (ceruloplasmina).

Obviamente, dentro de seu grupo, as globulinas diferem um pouco umas das outras (principalmente em seu propósito funcional).

Deve-se notar que com a idade ou com certas doenças, o fígado pode começar a produzir alfa e beta globulinas não muito normais, enquanto a estrutura espacial alterada da macromolécula de proteína não terá o melhor efeito sobre as habilidades funcionais das globulinas.

Gamaglobulinas

As gamaglobulinas são proteínas do plasma sanguíneo com a menor mobilidade eletroforética; essas proteínas compõem a maior parte dos anticorpos (AT) naturais e adquiridos (imunes). As gamaglobulinas formadas no corpo após encontrar um antígeno estranho são chamadas de imunoglobulinas (Ig). Atualmente, com o advento dos métodos citoquímicos no serviço laboratorial, tornou-se possível estudar o soro para determinar as proteínas imunes e suas concentrações nele. Nem todas as imunoglobulinas, e existem 5 classes delas, têm o mesmo significado clínico, além disso, seu conteúdo plasmático depende da idade e das alterações em diferentes situações (doenças inflamatórias, reações alérgicas).

Tabela 2. Classes de imunoglobulinas e suas características

Classe de imunoglobulina (Ig)	Teor de plasma (soro), %	Objetivo funcional principal
G	OK. 75	Antitoxinas, anticorpos dirigidos contra vírus e micróbios gram-positivos;
UMA	OK. treze	Anticorpos anti-insulares em diabetes mellitus, anticorpos dirigidos contra microrganismos capsulares;
M	OK. 12	Direção - vírus, bactérias gram-negativas, anticorpos Forsman e Wasserman.
E	0,0…	Reaginas, anticorpos específicos contra vários (certos) alérgenos.
D	No embrião, em crianças e adultos, é possível detectar traços	Eles não são levados em consideração porque não têm significado clínico.

A concentração de imunoglobulinas de diferentes grupos tem flutuações visíveis em crianças de categorias mais jovens e de meia idade (principalmente devido a imunoglobulinas de classe G, onde são observadas taxas bastante altas - até 16 g / l). No entanto, após cerca de 10 anos de idade, quando as vacinações são feitas e as principais infecções infantis são transferidas, o conteúdo de Ig (incluindo IgG) diminui e é fixado ao nível dos adultos:

IgM - 0,55 - 3,5 g/l;

IgA - 0,7 - 3,15 g/l;

IgG - 0,7 - 3,5 g/l;

fibrinogênio

O primeiro fator de coagulação (FI - fibrinogênio), que, durante a formação de um coágulo, passa para a fibrina, que forma uma convolução (a presença de fibrinogênio no plasma o distingue do soro), na verdade, refere-se às globulinas.

O fibrinogênio é prontamente precipitado com etanol a 5%, que é usado no fracionamento de proteínas, bem como solução de cloreto de sódio semi-saturada, tratamento de plasma com éter e recongelamento. O fibrinogênio é termolábil e dobra-se completamente a uma temperatura de 56 graus.

Sem fibrinogênio, a fibrina não é formada e o sangramento não para sem ela. A transição dessa proteína e a formação da fibrina são realizadas com a participação da trombina (fibrinogênio → produto intermediário - fibrinogênio B → agregação plaquetária → fibrina). Os estágios iniciais da polimerização do fator de coagulação podem ser revertidos, no entanto, sob a influência de uma enzima estabilizadora da fibrina (fibrinase), ocorre a estabilização e o curso da reação reversa é excluído.

A participação na reação de coagulação do sangue é o principal objetivo funcional do fibrinogênio, mas também possui outras propriedades úteis, por exemplo, no desempenho de suas funções, fortalece a parede vascular, faz um pequeno “reparo”, aderindo ao endotélio e assim fechando pequenos defeitos, que então surgem no decorrer da vida de uma pessoa.

Proteínas plasmáticas como parâmetros laboratoriais

Em condições de laboratório, para determinar a concentração de proteínas plasmáticas, você pode trabalhar com plasma (o sangue é coletado em um tubo de ensaio com um anticoagulante) ou realizar um estudo de soro coletado em um prato seco. As proteínas séricas não são diferentes das proteínas plasmáticas, com exceção do fibrinogênio, que, como você sabe, está ausente no soro sanguíneo e que, sem anticoagulante, forma um coágulo. As proteínas básicas alteram seus valores digitais no sangue durante vários processos patológicos.

Um aumento na concentração de albumina no soro (plasma) é o fenômeno mais raro que ocorre com desidratação ou com ingestão excessiva (administração intravenosa) de altas concentrações de albumina. Uma diminuição nos níveis de albumina pode indicar depleção da função hepática, problemas renais ou distúrbios no trato gastrointestinal.

Um aumento ou diminuição nas frações de proteína é característico de vários processos patológicos, por exemplo, proteínas de fase aguda alfa-1- e alfa-2-globulinas, aumentando seus valores, podem indicar um processo inflamatório agudo localizado nos órgãos respiratórios (brônquios, pulmões), afetando o sistema excretor (rins) ou o músculo cardíaco (infarto do miocárdio).

Um lugar especial no diagnóstico de várias condições é dado à fração de gamaglobulinas (imunoglobulinas). A determinação de anticorpos ajuda a reconhecer não apenas uma doença infecciosa, mas também a diferenciar seu estágio. Informações mais detalhadas sobre a mudança nos valores de várias proteínas (proteinograma), o leitor pode encontrar em um separado.

Desvios da norma do fibrinogênio se manifestam como distúrbios no sistema de hemocoagulação, portanto, essa proteína é o indicador laboratorial mais importante das habilidades de coagulação do sangue (coagulograma, hemostasiograma).

Quanto a outras proteínas importantes para o corpo humano, ao examinar o soro, usando certas técnicas, você pode encontrar quase todas que são de interesse para o diagnóstico de doenças. Por exemplo, calculando a concentração (betaglobulina, proteína de fase aguda) na amostra e considerando-a não apenas como um “veículo” (embora isso provavelmente seja em primeiro lugar), o médico saberá o grau de ligação protéica de ferro férrico liberado pelos glóbulos vermelhos, porque o Fe 3+ , como você sabe, estando presente no estado livre no corpo, dá um efeito tóxico pronunciado.

O estudo do soro para determinar o conteúdo (proteína de fase aguda, glicoproteína metálica, transportador de cobre) ajuda a diagnosticar uma patologia tão grave como a doença de Konovalov-Wilson (degeneração hepatocerebral).

Assim, examinando o plasma (soro), é possível determinar nele o conteúdo tanto das proteínas vitais quanto das que aparecem em um exame de sangue como indicador de um processo patológico (por exemplo,).

O plasma sanguíneo é um remédio

A preparação do plasma como agente terapêutico começou na década de 30 do século passado. Já o plasma nativo, obtido por sedimentação espontânea de elementos formados em 2 dias, não é usado há muito tempo. Os obsoletos foram substituídos por novos métodos de separação de sangue (centrifugação, plasmaférese). O sangue após a preparação é submetido a centrifugação e dividido em componentes (plasma + elementos moldados). A parte líquida do sangue obtida desta forma é geralmente congelada (plasma fresco congelado) e, para evitar a infecção por hepatite, em particular a hepatite C, que tem um período de incubação bastante longo, é enviada para armazenamento em quarentena. A congelação deste meio biológico a temperaturas ultrabaixas permite armazená-lo durante um ano ou mais, para que mais tarde possa ser utilizado na preparação de preparações (crioprecipitado, albumina, gamaglobulina, fibrinogénio, trombina, etc.).

Atualmente, a parte líquida do sangue para transfusões é cada vez mais colhida por plasmaférese, que é a mais segura para a saúde dos doadores. Os elementos formados após a centrifugação são devolvidos por administração intravenosa, e as proteínas perdidas com plasma no corpo de uma pessoa que doou sangue são rapidamente regeneradas, chegando a uma norma fisiológica, sem violar as funções do próprio corpo.

Além do plasma fresco congelado transfundido em muitas condições patológicas, o plasma imune obtido após a imunização de um doador com uma vacina específica, por exemplo, toxóide estafilocócico, é usado como agente terapêutico. Esse plasma, que possui alto título de anticorpos antiestafilocócicos, também é usado para preparar gamaglobulina antiestafilocócica (imunoglobulina antiestafilocócica humana) - o medicamento é bastante caro, pois sua produção (fracionamento de proteínas) requer mão de obra e material consideráveis custos. E a matéria-prima para isso é o plasma sanguíneo imunizado doadores.

O plasma anti-queimadura também é um tipo de ambiente imunológico. Há muito se observa que o sangue de pessoas que experimentaram tal horror inicialmente carrega propriedades tóxicas, mas depois de um mês, começam a ser detectadas antitoxinas de queimadura (globulinas beta e gama), o que pode ajudar "amigos em infortúnio" em o período agudo da doença da queimadura.

Obviamente, a obtenção de tal agente terapêutico é acompanhada por certas dificuldades, apesar do fato de que durante o período de recuperação a parte líquida perdida do sangue é reabastecida com plasma do doador, já que o corpo das pessoas queimadas sofre depleção de proteínas. No entanto doador deve ser um adulto e saudável, e seu plasma deve ter um certo título de anticorpos (pelo menos 1:16). A atividade imune do plasma convalescente persiste por cerca de dois anos e, um mês após a recuperação, pode ser retirada de doadores convalescentes sem compensação.

A partir do plasma do sangue do doador para pessoas que sofrem de hemofilia ou outra patologia de coagulação, que é acompanhada por uma diminuição do fator anti-hemofílico (FVIII), fator de von Willebrand (VWF) e fibrinase (fator XIII, FXIII), um agente hemostático chamado crioprecipitado é preparado. Seu ingrediente ativo é o fator de coagulação VIII.

Vídeo: sobre a coleta e uso de plasma sanguíneo

Fracionamento de proteínas plasmáticas em escala industrial

Enquanto isso, o uso de plasma total em condições modernas nem sempre é justificado. Além disso, tanto do ponto de vista terapêutico quanto econômico. Cada uma das proteínas do plasma tem suas próprias, exclusivas para ele, propriedades físico-químicas e biológicas. E infundir impensadamente um produto tão valioso para uma pessoa que precisa de uma proteína plasmática específica, e nem todo plasma, não faz sentido, além disso, é caro em termos materiais. Ou seja, a mesma dose da parte líquida do sangue, dividida em componentes, pode beneficiar vários pacientes, e não um paciente que necessite de um medicamento separado.

A produção industrial de medicamentos foi reconhecida no mundo após os desenvolvimentos nesse sentido por cientistas da Universidade de Harvard (1943). O fracionamento de proteínas plasmáticas foi baseado no método de Kohn, cuja essência é a precipitação de frações proteicas pela adição gradual de álcool etílico (concentração no primeiro estágio - 8%, no estágio final - 40%) a baixas temperaturas (- 3ºС - estágio I, -5ºС - último) . Claro, o método foi modificado várias vezes, mas agora (em várias modificações) é usado para obter produtos sanguíneos em todo o planeta. Aqui está o seu breve esboço:

• A proteína é precipitada na primeira etapa fibrinogênio(precipitado I) - este produto, após processamento especial, irá para a rede médica em nome próprio ou será incluído em um conjunto para estancar sangramento, denominado "Fibrinostat");
• A segunda etapa do processo é o sobrenadante II + III ( protrombina, beta e gama globulinas) - essa fração irá para a produção de um medicamento chamado gamaglobulina humana normal, ou será lançado como um remédio chamado gamaglobulina antiestafilocócica. De qualquer forma, a partir do sobrenadante obtido na segunda etapa, é possível preparar uma preparação contendo uma grande quantidade de anticorpos antimicrobianos e antivirais;
• A terceira, quarta etapas do processo são necessárias para chegar ao sedimento V ( albume+ mistura de globulinas);
• 97 – 100% albume sai apenas na fase final, após o que levará muito tempo para trabalhar com a albumina até entrar nas instituições médicas (5, 10, 20% de albumina).

Mas este é apenas um breve esboço, tal produção na verdade leva muito tempo e requer a participação de vários funcionários de diferentes graus de qualificação. Em todas as etapas do processo, o futuro medicamento mais valioso está sob o controle constante de vários laboratórios (clínicos, bacteriológicos, analíticos), pois todos os parâmetros do produto sanguíneo na saída devem cumprir rigorosamente todas as características dos meios de transfusão.

Assim, o plasma, além de fazer parte do sangue, garante o funcionamento normal do organismo, também pode ser um importante critério diagnóstico que mostra o estado de saúde, ou pode salvar a vida de outras pessoas usando suas propriedades únicas. E não é tudo sobre plasma sanguíneo. Nós não começamos a dar uma descrição completa de todas as suas proteínas, macro e microelementos, para descrever minuciosamente suas funções, porque todas as respostas para as perguntas restantes podem ser encontradas nas páginas do VesselInfo.

Ministério da Educação e Ciência da Federação Russa

Agência Federal de Educação

Universidade Econômica do Estado do Pacífico

Departamento de Física

Tópico: Plasma - o quarto estado da matéria

Realizado:

Estado agregado - um estado da matéria caracterizado por certas propriedades qualitativas: a capacidade ou incapacidade de manter o volume e a forma, a presença ou ausência de ordem de longo e curto alcance e outras. Uma mudança no estado de agregação pode ser acompanhada por uma mudança semelhante a um salto na energia livre, entropia, densidade e outras propriedades físicas básicas.

Sabe-se que qualquer substância pode existir apenas em um dos três estados: sólido, líquido ou gasoso, um exemplo clássico é a água, que pode estar na forma de gelo, líquido e vapor. No entanto, existem muito poucas substâncias que existem nesses estados considerados indiscutíveis e comuns, se tomarmos todo o Universo como um todo. Dificilmente excedem o que em química são considerados traços desprezíveis. Todas as outras matérias do Universo estão no chamado estado de plasma.

A palavra "plasma" (do grego "plasma" - "decorado") em meados do século XIX

dentro. começou a chamar a parte incolor do sangue (sem corpos vermelhos e brancos) e

fluido que preenche as células vivas. Em 1929, os físicos americanos Irving Langmuir (1881-1957) e Levi Tonko (1897-1971) chamaram o gás ionizado em um tubo de descarga de plasma.

O físico inglês William Crookes (1832-1919), que estudou eletricidade

descarga em tubos com ar rarefeito, escreveu: “Fenômenos em evacuação

tubos abrem um novo mundo para a ciência física em que a matéria pode existir em um quarto estado”.

Dependendo da temperatura, qualquer substância muda sua

doença. Assim, a água em temperaturas negativas (Celsius) está em estado sólido, na faixa de 0 a 100 "C - em estado líquido, acima de 100 ° C - em estado gasoso. Se a temperatura continuar aumentando, átomos e moléculas começam a perder seus elétrons - eles são ionizados e o gás se transforma em plasma.Em temperaturas acima de 1000000 ° C, o plasma é absolutamente ionizado - é composto apenas de elétrons e íons positivos.Plasma é o estado mais comum da matéria na natureza, explica por cerca de 99% da massa do Universo. O sol, a maioria das estrelas, nebulosas são totalmente plasma ionizado A parte externa da atmosfera terrestre (ionosfera) também é plasma.

Ainda mais altos são os cinturões de radiação contendo plasma.

Auroras, raios, incluindo bolas, são diferentes tipos de plasma que podem ser observados em condições naturais na Terra. E apenas uma parte insignificante do Universo é composta de matéria sólida - planetas, asteróides e nebulosas de poeira.

O plasma na física é entendido como um gás constituído por

partículas carregadas e neutras, nas quais a carga elétrica total é zero, t. a condição de quase-neutralidade é satisfeita (portanto, por exemplo, um feixe de elétrons voando no vácuo não é um plasma: ele carrega uma carga negativa).

1.1. As formas mais típicas de plasma

As formas mais típicas de plasma
Plasma artificialmente criado Painel de plasma (TV, monitor) Substância dentro de lâmpadas fluorescentes (incluindo compactas) e neon Motores de foguete de plasma Corona de descarga de gás de um gerador de ozônio Pesquisa de fusão termonuclear controlada Arco elétrico em uma lâmpada de arco e em soldagem a arco Lâmpada de plasma (veja a figura) Descarga de arco do transformador Tesla Impacto na matéria por radiação laser Esfera brilhante de uma explosão nuclear	Plasma natural terrestre Relâmpagos das Chamas da Ionosfera de Saint Elmo (plasma de baixa temperatura)	Espaço e astrofísico plasma Sol e outras estrelas (as que existem devido a reações termonucleares) Vento solar Espaço exterior (o espaço entre planetas, estrelas e galáxias) Nebulosas interestelares

Propriedades e parâmetros do plasma

O plasma tem as seguintes propriedades:

Densidade suficiente: As partículas carregadas devem estar próximas o suficiente umas das outras para que cada uma delas interaja com todo um sistema de partículas carregadas espaçadas. A condição é considerada satisfeita se o número de partículas carregadas na esfera de influência (uma esfera com raio de Debye) for suficiente para a ocorrência de efeitos coletivos (tais manifestações são uma propriedade típica do plasma). Matematicamente, essa condição pode ser expressa da seguinte forma:

, onde é a concentração de partículas carregadas.

Prioridade de interações internas: o raio de triagem Debye deve ser pequeno em comparação com o tamanho característico do plasma. Este critério significa que as interações que ocorrem no interior do plasma são mais significativas do que os efeitos na sua superfície, que podem ser desprezados. Se esta condição for atendida, o plasma pode ser considerado quase neutro. Matematicamente, fica assim:

Frequência do plasma: O tempo médio entre as colisões das partículas deve ser grande em comparação com o período das oscilações do plasma. Essas oscilações são causadas pela ação de um campo elétrico sobre a carga, que surge devido à violação da quase neutralidade do plasma. Este campo procura restaurar o equilíbrio perturbado. Voltando à posição de equilíbrio, a carga passa por esta posição por inércia, o que novamente leva ao aparecimento de um forte campo de retorno, ocorrem vibrações mecânicas típicas. Quando esta condição é satisfeita, as propriedades eletrodinâmicas do plasma prevalecem sobre as cinéticas moleculares. Na linguagem da matemática, essa condição tem a forma:

2.1. Classificação

O plasma geralmente é dividido em ideal e não ideal, baixa temperatura e alta temperatura, equilíbrio e não equilíbrio, enquanto muitas vezes o plasma frio é não-equilíbrio e o plasma quente é o equilíbrio.

2.2. Temperatura

Ao ler a literatura científica popular, o leitor geralmente vê temperaturas de plasma da ordem de dezenas, centenas de milhares ou mesmo milhões de °C ou K. Para descrever o plasma na física, é conveniente medir a temperatura não em °C, mas em unidades da energia característica do movimento das partículas, por exemplo, em elétron-volts (eV). Para converter a temperatura para eV, você pode usar a seguinte relação: 1 eV = 11600 K (Kelvin). Assim, fica claro que uma temperatura de "dezenas de milhares de ° C" é facilmente alcançável.

Em um plasma fora de equilíbrio, a temperatura do elétron excede substancialmente a temperatura dos íons. Isso se deve à diferença das massas do íon e do elétron, o que dificulta o processo de troca de energia. Esta situação ocorre em descargas de gás, quando os íons têm uma temperatura de cerca de centenas e os elétrons cerca de dezenas de milhares de K.

Em um plasma em equilíbrio, ambas as temperaturas são iguais. Como o processo de ionização requer temperaturas comparáveis ​​ao potencial de ionização, o plasma de equilíbrio geralmente é quente (com uma temperatura superior a vários milhares de K).

O conceito de plasma de alta temperatura é geralmente usado para plasma de fusão, que requer temperaturas de milhões de K.

2.3. Grau de ionização

Para que o gás passe para o estado de plasma, ele deve ser ionizado. O grau de ionização é proporcional ao número de átomos que doaram ou absorveram elétrons e, principalmente, depende da temperatura. Mesmo um gás fracamente ionizado, no qual menos de 1% das partículas estão em estado ionizado, pode apresentar algumas propriedades típicas do plasma (interação com um campo eletromagnético externo e alta condutividade elétrica). O grau de ionização α é definido como α = ni/(ni + na), onde ni é a concentração de íons e na é a concentração de átomos neutros. A concentração de elétrons livres em um plasma não carregado ne é determinada pela relação óbvia: ne= ni, onde - o valor médio da carga de íons de plasma.

Um plasma de baixa temperatura é caracterizado por um baixo grau de ionização (até 1%). Como esses plasmas são usados ​​com bastante frequência em processos tecnológicos, às vezes são chamados de plasmas tecnológicos. Na maioria das vezes, eles são criados usando campos elétricos que aceleram os elétrons, que por sua vez ionizam os átomos. Os campos elétricos são introduzidos no gás por acoplamento indutivo ou capacitivo (ver plasma acoplado indutivamente). As aplicações típicas de plasma de baixa temperatura incluem modificação da superfície do plasma (filmes de diamante, nitretação de metal, modificação da molhabilidade), corrosão da superfície do plasma (indústria de semicondutores), purificação de gases e líquidos (ozonização da água e combustão de fuligem em motores a diesel).