EL PLASMA

EL PLASMA Pérez-Gómez, E. Odilón 1,2,4 ,González -Torres, Maribel1,3 1. Departamento de Física, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Carr. México-Toluca, Km. 36.5, Ocoyoacac, Edo. de México.,CP 52750, Mexico 2. 3. División de estudios de posgrado e investigación, Instituto Tecnológico de Toluca, Av. Tecnológicos/n, La virgen, Metepec, Edo. de México, CP. 152140, México Departamento de Física, Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa, Av. Michoacán y Purísima, Col. Vicentina-Iztapalapa, CdMx, CP 09340, México. Objetivo Conocer la teoría del plasma así como sus tipos, las aplicaciones, además de la técnica de polimerización en la que se utiliza. 1. Plasma Es un gas parcialmente ionizado cargado de partículas neutras, además de ser el cuarto estado de la materia [1]. Debido al diferencial de potencial en el ambiente, ocurren las colisiones de las partículas formando un campo eléctrico donde se aprecian las luces o rayos que son los fotones desprendidos de sus orbitales energéticos, mejor conocido como el efecto fotoeléctrico como se muestra en la figura 1. Un ejemplo del plasma es el sol, la aurora boreal, la sangre, etc. Figura 1. Cargas neutras del plasma y proceso del efecto fotoeléctrico En la actualidad se tienen diversas aplicaciones en el área farmacéutica así como en materiales conductores realizados a partir de síntesis por plasma. Existe plasma de alta energía y de baja energía. 1.1. Plasmas de alta energía La densidad de partículas a 1012/cm3 con choques inelásticos entre ellas, por lo que debido al intercambio de energía cinética llegan a estados de equilibrio. Estos plasmas se caracterizan por un alto grado de ionización (cercano al 100%) y energía promedio de electrones, casi igual a la energía promedio de las moléculas del gas, mayor a 10 eV. 1.2. Plasmas de baja energía Son menos densos que los anteriores (109-1012/cm3), por lo que los choques inelásticos entre partículas son menos frecuentes, resultando en periodos largos de desequilibrio energético. El grado de ionización es menor a 10%. La energía cinética de los electrones se encuentra entre 1 y 10 eV, siendo significativamente mayor, decenas de veces, a la energía del resto de las partículas del gas [2]. 2. Polimerización por plasma Es una técnica que se lleva a cabo en fase gaseosa por descargas eléctricas a presiones del orden de 10-1 mbar. Los materiales obtenidos están libres de impurezas debido a que no son necesarios agentes químicos como iniciadores o catalizadores de las reacciones químicas. Al aplicar las descargas eléctricas, los monómeros colisionan y forman aniones, cationes y/o radicales libres, que reaccionarán entre sí formando el polímero. La diversidad de radicales libres, iones y moléculas que se forman en el plasma origina una gran variedad de partículas reactivas generando muchas rutas de recombinación de productos [3]. 2.1. Polimerización por plasma por descargas de resplandor Las descargas son de baja energía (1-10 eV) y pueden ser iniciadas y sostenidas a presiones bajas (menores a 1 mbar) por descargas eléctricas de CD, RF o MW. El nombre resplandor se debe a la luminosidad que producen los fotones originados por los electrones desplazados de sus órbitas o liberados durante las colisiones de los átomos. En la generación de plasmas de descargas luminiscentes, el campo eléctrico generador puede aplicarse a través de acoplamiento resistivo, capacitivo, inductivo, o sus combinaciones [2]. La emisión de electrones se produce, en lo fundamental, debido a las colisiones entre partículas. En este tipo de descargas destacan tres sectores diferentes: catódico, anódico y columna positiva. En el sector catódico, los electrones, que crean la parte fundamental de la corriente eléctrica, surgen como resultado de la emisión del cátodo y la ionización del gas. El anódico se dispone directamente junto al ánodo del tubo. El plasma que se extiende desde el sector catódico hasta el anódico, forma una columna positiva del resto de las partes de la descarga la intensidad del campo eléctrico en la columna positiva de la descarga luminiscente es homogéneo, en la figura 2 se aprecia un esquema de este plasma [2]. Figura 2. Plasma de descarga de resplandor. 2.2. Mecanismo de polimerización Durante la polimerización por plasma; cada átomo de los monómeros es susceptible a ionizarse, formar radicales y recombinarse el crecimiento de las moléculas se efectúa por enlaces sucesivos entre monómeros sobre los centros activos. La reacción de terminación se produce por la eliminación de estos radicales al apagar la descarga, se presenta el esquema de las etapas en la figura 3 [4]. Figura 3. Etapas de polimerización. 3. Referencias [1] Milantiev, V. (1987) Física de plasma. Rusia. Editorial Mir Moscu.Editorial Reverté, S.A. Pag. 465-469. [2] Kirkpatiek, S.(1973). Percolation and conduction. Reviews of modern physics vol. 45. Pag.574. [3] Morales, P., Gomez, L.M., Olayo, M.G., Cruz, G.J., Palacios, C., Morales, J., y Ordoñez, E. (2009). Polyethylene obtained by plasma polymerization of hexene. Macromolecular symposia. 283-284. [4] Callister W.D. (1995). Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales. USA 4. Conclusión Al obtener un material por medio de plasma hace que este sea más resistente, además de obtenerse más limpiamente debido al ambiente en el que se realiza la polimerización. Cabe destacar que las polimerizaciones por este medio siempre resultan con entrecruzamiento, en el caso de los polímeros.