Kuten hyvin tiedetään, aineella on muutama fysikaalinen olomuoto. Näitä ovat kiinteä, neste ja kaasu. Käsittääkseni aineen olomuodon määritelmä on sellainen, että aine pystyy muuttumaan joko lämmön tai paineenmuutoksen vaikutuksesta olomuodosta toiseen reversiibelisti kemiallisesti muuttumattomana. Kaikki kemistitkään eivät ajattele näitä asioita, sillä olen kuullut monien väittävän plasman olevan aineen neljäs olomuoto. Tämä ei mielestäni pidä paikkansa ja tässä tekstissä perustelen, että miksei.
Mitä plasma on?
Plasma on kaasua, joka on kokonaan tai osittain ionisoitunut, eli molekyyli on menettänyt uloimman elektronin ja plasma on täten seos positiivisesti varautuneita ioneita ja vapaita elektroneja. Tietääkseni ei ole olemassa niin haihtuvia suoloja, että tiedossa olisi ionisia kaasuja (vrt. ioniset nesteet). Tämä entisestään romuttaisi plasman asemaa aineen olomuotona. Plasmalla on siis ionisuudestaan johtuen poikkeavat sähkömagneettiset ominaisuudet ja kaasuista poiketen molekyylit/atomit eivät törmäile, sillä ioneilla on samanmerkkinen varaus ja ne hylkivät toisiaan.
Miksi se olisi 4. olomuoto?
Plasman olomuoto-status on oikeastaan seurausta hyvinkin suoraviivaisesta ja yksinkertaisesta ajattelumallista: kiinteää lämmitetään ja se sulaa tai sublimoituu. Nestettä lämmitetään ja se kiehuu kaasuksi. Kaasua lämmitetään ja se ionisoituu plasmaksi. Hyvin yksinkertaista. Ja plasmalla on myös kaasusta poikkeavat sähkömagneettiset ominaisuudet, joten se on erilaista kuin kaasu. Ja se on ionisoitunutta, joten siinäpä se.
Miksi plasma EI OLE aineen 4. olomuoto?
Minusta ei ole oikein väittää plasmaa kaasusta poikkeavaksi olomuodoksi, sillä nehän ovat geometrisessä mielessä samankaltaiset. Ei ole mitään suurempaa ulottuvuutta, jonka plasma täyttäisi, mitä kaasu ei. Plasmaa on toisaalta vaikeaa säilöä pulloon, sattuneesta syystä. Jos olisi ionisia kaasuja, niin olisiko plasma sitten olomuoto? Voiko olla, että plasma on ionisoitunut kaasu?
Mikä aine muuttuu reversiibelisti kaasusta plasmaksi ja takaisin kaasuksi? Jos molekulaarista happea (O2) ja otsonia (O3) kuumennetaan plasmaksi, niin mitä siitä muodostuu? Onko plasmassa atomien välisiä sidoksia? Voiko vedestä tehdä plasmaa ja saada nestemäistä vettä plasman jäähtyessä? Onko plasmamuoto olemassa vain alkuaineille? En osaa sanoa. Asian tutkiminenkin voi olla hieman haastavaa. Tiedän kuitenkin, että on olemassa plasmaan perustuva analyysimenetelmä, ICP-OES, jolla tutkitaan yleensä vesinäytteiden hivenmetallipitoisuuksia. Eli se tunnistaa alkuaineiden ionisaation yhteydessä tapahtuvan emission aallonpituuden, jolla alkuaineet voidaan tunnistaa näytteestä. En ole asiantuntija ko. analyysimenetelmän suhteen, mutta ilmeisesti kemiallisia sidoksia sillä ei tunnisteta, miksiköhän?
Väitän, että ionisaatioprosessi on luonteeltaan kemiallinen, eli aine ionisoituessan menettää valenssielektronin ja muuttuu toiseksi aineeksi ja näinollen plasma ei ole aineen fysikaalinen olomuoto. Myöskään perustelu sähkömagneettisten ominaisuuksien nojalla ei ole riittävä, sillä meillä on monenlaisia kiinteitä ja nestemäisiä aineita, joilla on toisistaan poikkeavat sähkömagneettiset ominaisuudet, joten olomuotoja tulisi väistämättä lisää. Tai että onko redox-kemia aineen olomuodonmuutosta? Riippuuko aineen olomuoto siitä, että mihin osoitteeseen aineesta irronnut elektroni menee? Vaikka olisin väärässä tämän asian suhteen, niin en vain pysty tällä tietoa ajattelemaan niin.
Loppusanat
Jotkut voivat sanoa, että ”mitä väliä sillä on, onko plasma olomuoto vai ei?”. Sillä on väliä, sillä tämä on filosofinen kysymys hyvin perustavanlaatuisesta asiasta, eli mitä aine on? Tai miten määrittelemme aineen? Tätä asiaa opetetaan edelleen kouluissa lapsille ja väärä tieto siirtyy aina eteenpäin. Vaikka sillä ei olisi huomattavaa vaikutusta, niin sillä voi olla vaikutus, jota ei huomata. Tarkoitan tällä, että mahdollisesti jotain tieteellisiä saavutuksia jää realisoitumatta epätieteellisen kasvatuksen johdosta.