¿Se pueden convertir los líquidos en plasma?

Hay una diferencia fundamental entre las transiciones de fase de un líquido a un gas (es decir, vaporización) y de un gas a un plasma (es decir, ionización).

La vaporización es un ejemplo de lo que se conoce como una transición de fase de primer orden . Esto significa que hay un salto discontinuo en las propiedades del material una vez que se le ha puesto una cierta cantidad de calor; Cuando un líquido hierve o se evapora, la densidad cambia abruptamente a pesar de que la temperatura y la presión permanecen casi constantes.

La ionización se puede clasificar como una transición de fase de segundo orden . No hay cambios repentinos en las propiedades del material; en cambio, se ioniza gradualmente más fuertemente a medida que aumenta la temperatura.

Para saltar directamente de un líquido a un plasma, debe suministrar suficiente energía para eliminar los electrones de los átomos en un volumen lo suficientemente grande como para que el material pueda clasificarse como plasma (consulte mi respuesta a esta pregunta para obtener más detalles sobre lo que constituye un plasma). La forma más fácil de hacerlo es con un pulso láser extremadamente potente e intenso. Algunos de los láseres de pulso corto más potentes del mundo son capaces de producir densidades de potencia de mil millones de billones de [math] (10 ^ {21}) [/ math] vatios por centímetro cuadrado. Los campos eléctricos generados por estos láseres son lo suficientemente fuertes como para extraer electrones de los átomos en cualquier material, ya sea sólido, líquido o gaseoso, en mucho menos de una billonésima de segundo. El material ni siquiera tiene la oportunidad de pasar por las transiciones normales de fase sólido-líquido-gas; está completamente vaporizado e ionizado casi tan pronto como el pulso láser lo golpea.

Entonces, en respuesta a su pregunta sobre la conversión de un líquido directamente en plasma, ¡es posible siempre que tenga un láser lo suficientemente grande!

Fuera de mi cabeza, no. Un plasma es algo que está ionizado: con electrones eliminados de los átomos, por lo que hay una mezcla de electrones libres e iones libres. Esto requiere mucha energía, más energía de la que se necesitaría para formar un gas.

Pero no tengo ninguna fuente más allá de mi (falible) sentido común científico hablando.

De lo que estoy seguro es de que su analogía no es buena. Cualquier cosa hecha de moléculas pequeñas tiene una presión de vapor a cualquier temperatura; Esto se debe a que los gases son mucho más altos en entropía que los sólidos y los líquidos. Pero nada tiene una “presión de ionización”, que es lo que se necesitaría para formar un plasma de la misma manera espontánea que puede ocurrir la evaporación o la sublimación. (La sublimación en un “punto de sublimación” ocurre porque las fuerzas intermoleculares son demasiado débiles para sostener la fase líquida. De nuevo, esto no se aplica a la ionización: un electrón en un átomo siempre está en un estado de energía más bajo que un electrón libre).

Los líquidos pueden convertirse en plasma si pones suficiente energía. Puede usar láseres potentes como ya se describió, potencia de RF, ultrasonido, o simplemente hacer una chispa entre dos electrodos como en la soldadura submarina.
En cualquier caso, una vez encendido, lo más probable es que ya no tenga líquido, ya que la energía necesaria para encender el plasma es más que suficiente para vaporizar el líquido, por lo que termina con una pequeña burbuja de plasma en líquido.

Si lo pensamos bien, los metales no tienen fase gaseosa. Como están hechos de iones positivos y electrones libres, son esencialmente ‘plasma sólido’. Entonces hervir un metal te daría un plasma tradicional.

¡Creo que el verdadero desafío con los metales sería de alguna manera darles un estado gaseoso!

Editar:

Cometí un error. Resulta que el metal recupera sus electrones libres cuando está en estado de gas.

Entonces no puede ser.