认识物质的第四态

2019-01-21马境辰

西部论丛 2019年3期

摘要：随着科学技术的快速发展，人们对各种事物的研究越来越重视。当原子中的电子脱离原子核的吸引，而形成带负电的自由电子和带正电的离子——共存状态的时候，即成为第四态，就是等离子体。现阶段，越来越多的研究人员对等离子体的具体运用和特性等，都有了更加深刻的研究和认识。等离子体在现代社会当中的应用范围十分广泛，主要被运用在航天、军事等领域当中。本文结合笔者自身的了解，通过对等离子体的基本认识，研究了等离子体自身的化学特征，以及等离子体的产生方法，以期能够加深人们对于等离子体的认识。

关键词：物质；第四态；等离子体

引言：

一般来说，我们在日常生活当中所接触到的物质，都是以三种状態存在，这三种状态分别为固态，气态，以及液态。然而，大部分的物质在自然界当中都是以等离子体的状态存在的，也就是所谓的物质第四种状态。这种第四态的等离子体是我们在生活当中几乎难以触碰到的物体形态，像北极的极光，以及暴雨前的闪电等这些现象，也就是地球上存在的等离子体通过辐射所展现出来的现象。本文对等离子体的认识和化学特征进行了分析，从而研究了等离子体的产生方式。

一、等离子体的基本认识

所谓等离子体，是除却我们所常见的固态，液态，以及气态之外的另外一种物质在自然界中的存在状态。等离子体自身是一种带负电的自由电子和带正电的离子共同存在的状态，在宏观上呈现的是电中性，但是自身却又能起到导电的作用。由于等离子体中的每个粒子之间存在共同的作用，所以会使得所有粒子之间都产生了一定的电磁力，导致等离子体在运动的过程中，会受到各种磁场的干扰和控制。在我们赖以生存的地球上，等离子体并不常见，但不代表没有。除却地球之外，在宇宙当中，物质的主要存在状态，便是等离子体状态。

二、等离子体自身的化学特征

由于在等离子体当中含有电子，离子，以及自由基和激发态原子等这些化学物质，所以等离子体自身所具有的化学特征比较明显。

等离子体可以用来进行高温材料的低温合成，以及对半导体工艺进行低温化等这几种作用。而且等离子体自身还能够与热力学和动力学之间的相互制约形成抗衡。在合成金刚石的时候，所采用静高压法的反应速度不够快，其必须要在足够高的温度和压力下才能够完成。科研人员通过反复实验后发现，如果把一定比例的甲烷和氢气通过微波放电的方式来形成非平衡的等离子，就能够降低生产所需要的温度和压力，提高生长的速度来合成金刚石。这种方式合成的金刚石，与自然形成的金刚石硬度相当，而且性能比较高，在适用范围方面基本可以取代金刚石[1]。

等离子体自身进行化学反应的时候，有着比较好的能量水平，在这种高温下可以进行金属的提纯，对于一些难熔的金属可以进行加工。除此之外，等离子体还能够利用活性物种来进行高温的化学反应。

三、等离子体的产生方法研究

我们在生活中对物质形态进行变化的方法比较多，但是相对来说也比较容易。比如，对水加热之后，可以促进温度的上升，从而使液体的水转化为气体。在学习化学课程的过程中，我们知道分子是最小的单元，对分子进行加热，能够使分子分解成原子。由原子组成的气体，我们在化学中通常称之为原子气体。对原子气体进行加温处理，会使原子的运动速度加快，原子之间在运动的时候经过碰撞，就能够产生阳离子与自由电子。由此就能够产生等离子体的状态，除此之外，等离子体的产生方法，主要有以下几种。

（一）激光辐射电离法和光电离法产生的等离子体

这种方法，需要单光子和多光子，还有级联电机机制的共同作用。激光辐射电离法所产生的等离子体所具备的特点包括高温和高密度。光电离法主要是借助入射光量子，进而把形成物质的分子进行电离，当光量子自身的电离能大于物质的第一电离能的时候，就能够促使等离子体状态的产生。

（二）射线辐照法产生的等离子体

顾名思义，就是用各种不同的射线，对气体进行辐照照射，从而就能够促使等离子体的产生。其所采用的射线主要有我们认识的X射线，α、β、γ射线，其还可以使用离子束和电子束来对气体进行辐照。

（三）燃烧法产生的等离子体

所谓燃烧法就是要借助燃烧导致分子进行热运动，从而促进气体中的各种原子和分子之间进行猛烈碰撞，使它们产生电离，在此情况下就能够产生等离子体，基于这种方式产生的等离子体，通常被人们称为火焰等离子体[2]。

（四）冲击波法产生的等离子体

采用冲击波法产生等离子体，主要就是运用冲击波在气体中穿过，气体就会因为受到热压缩产生的高温，从而来形成等离子体，这种等离子体是激波等离子体。

（五）微波诱导法产生的等离子体

在微波诱导法下，通过微波产生的辐射，能够促进气体中分子之间的剧烈运动，使分子的能量逐渐提高，从而产生等离子体。这种等离子体的形成也涉及到能量的转换，即微波的电磁能在分子层级上的转移。

四、结束语

综上所述，等离子体作为物质存在的第四态，通常存在于除却地球之外的宇宙当中。想要获得等离子体，必须要在一定的环境中采取专业的方式。