Plasma é um estado da matéria que é frequentemente pensado como um subconjunto de gases, mas os dois estados comportam-se de forma muito diferente. Como os gases, os plasmas não têm forma ou volume fixo, e são menos densos que os sólidos ou líquidos. Mas, ao contrário dos gases comuns, os plasmas são compostos de átomos nos quais alguns ou todos os elétrons foram removidos e núcleos carregados positivamente, chamados íons, vagueiam livremente.

“Um gás é feito de moléculas e átomos neutros”, disse Xuedong Hu, um professor de física da Universidade de Buffalo. Ou seja, o número de elétrons carregados negativamente é igual ao número de prótons carregados positivamente.

“O plasma é um gás carregado, com fortes interações Coulomb”, disse Hu à Live Science. Átomos ou moléculas podem adquirir uma carga elétrica positiva ou negativa quando eles ganham ou perdem elétrons. Este processo é chamado de ionização. O plasma compõe o sol e as estrelas, e é o estado mais comum da matéria no universo como um todo.

(A propósito, o plasma sanguíneo é algo completamente diferente. É a porção líquida do sangue. É 92% de água e constitui 55% do volume de sangue, segundo a Cruz Vermelha Americana.)

Partículas carregadas

Um gás típico, como o nitrogênio ou sulfeto de hidrogênio, é feito de moléculas que têm uma carga líquida de zero, dando ao volume de gás como um todo uma carga líquida de zero. Plasmas, sendo feitos de partículas carregadas, podem ter uma carga líquida de zero sobre todo o seu volume, mas não ao nível de partículas individuais. Isso significa que as forças eletrostáticas entre as partículas no plasma se tornam significativas, assim como o efeito dos campos magnéticos.

Sendo feitos de partículas carregadas, os plasmas podem fazer coisas que os gases não podem, como conduzir eletricidade. E como as cargas em movimento fazem campos magnéticos, os plasmas também podem tê-los.

Em um gás comum, todas as partículas se comportarão aproximadamente da mesma maneira. Então, se você tiver gás em um recipiente e deixá-lo esfriar até a temperatura ambiente, todas as moléculas dentro estarão, em média, se movendo na mesma velocidade, e se você fosse medir a velocidade de muitas partículas individuais, você obteria uma curva de distribuição com muitas delas se movendo perto da média e apenas algumas delas se movendo especialmente devagar ou rapidamente. Isso porque num gás as moléculas, como as bolas de bilhar, batem umas nas outras e transferem energia entre elas.

Isso não acontece em um plasma, especialmente em um campo elétrico ou magnético. Um campo magnético pode criar uma população de partículas muito rápidas, por exemplo. A maioria dos plasmas não são suficientemente densos para as partículas colidirem umas com as outras com muita frequência, por isso as interacções magnéticas e electrostáticas tornam-se mais importantes.

Fala de interações eletrostáticas, porque as partículas em um plasma – os elétrons e íons – podem interagir via eletricidade e magnetismo, eles podem fazê-lo a distâncias muito maiores do que um gás comum. Isso, por sua vez, significa que as ondas se tornam mais importantes quando se discute o que acontece em um plasma. Uma dessas ondas é chamada de onda Alfvén, nomeada pelo físico sueco e ganhador do Prêmio Nobel Hannes Alfvén. Uma onda Alfvén acontece quando o campo magnético em um plasma é perturbado, criando uma onda que viaja ao longo das linhas do campo. Não há um análogo real para isto nos gases comuns. É possível que as ondas de Alfvén sejam a razão pela qual a temperatura da coroa solar – também um plasma – é de milhões de graus, enquanto na superfície, são apenas milhares.

Outra característica dos plasmas é que eles podem ser mantidos no lugar por campos magnéticos. A maior parte da pesquisa de energia de fusão está focada em fazer exatamente isso. Para criar as condições para a fusão, é necessário um plasma muito quente – a milhões de graus. Como nenhum material pode contê-lo, cientistas e engenheiros se voltaram para os campos magnéticos para fazer o trabalho.

Plasmas em ação

Um lugar onde você pode ver os plasmas em ação é em uma lâmpada fluorescente ou sinal de néon. Nesses casos, um gás (néon para sinais) é submetido a uma alta tensão, e os elétrons são separados dos átomos do gás ou empurrados para níveis de energia mais elevados. O gás dentro da lâmpada torna-se um plasma condutivo. Os electrões excitados que caem de volta aos seus níveis de energia anteriores emitem fotões – a luz que vemos num sinal de néon ou numa lâmpada fluorescente.

As TVs de plasma funcionam da mesma maneira. Um gás – geralmente argônio, néon ou xenônio – é injetado em um espaço selado entre dois painéis de vidro. Uma corrente elétrica é passada através do gás, o que faz com que ele brilhe. O plasma excita os fosforos vermelho, verde e azul, que se combinam para emitir cores específicas, de acordo com o eBay.

Um outro uso do plasma é nos globos de plasma, que estão cheios de misturas de gases nobres que produzem as cores do “raio” dentro deles quando uma corrente elétrica ioniza o gás.

Outro exemplo de plasma está nas auroras que rodeiam os pólos quando o sol está particularmente activo. O vento solar é um fluxo de partículas carregadas (principalmente prótons), que atingem o campo magnético da Terra. Essas partículas, sendo carregadas, seguem as linhas do campo magnético e se movem em direção aos pólos, onde colidem e excitam átomos no ar, principalmente oxigênio e nitrogênio. Como um sinal de néon, os átomos excitados de oxigênio e nitrogênio emitem luz.

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