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    recaplica Plasma, il quarto stato della materia: cos'è ed esempi
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    Plasma, il quarto stato della materia: cos'è ed esempi

    Di Redazione Recaplica · Aggiornato il 20 ottobre 2026

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    Il plasma è un gas ionizzato: molti suoi atomi hanno perso elettroni, e dentro si muovono elettroni liberi e ioni positivi in quantità quasi uguali. Per questo conduce l'elettricità e risente dei campi magnetici. È contato come quarto stato della materia, accanto a solido, liquido e gas. Si forma quando gli atomi ricevono abbastanza energia da perdere elettroni, per esempio con il calore o con una scarica elettrica. Sulla Terra lo si vede nei fulmini e nelle insegne al neon; nello spazio è la materia del Sole e delle altre stelle.

    Punti Chiave

    • Il plasma è un gas ionizzato: contiene elettroni liberi e ioni positivi, cioè atomi rimasti con carica positiva dopo aver perso elettroni.
    • Nel complesso è quasi neutro, perché cariche positive e negative si bilanciano quasi esattamente: è la quasi-neutralità.
    • Conduce l'elettricità e si lascia guidare dai campi magnetici, due proprietà che un gas freddo come l'aria di una stanza non ha.
    • Esistono plasmi caldi, con atomi anche del tutto ionizzati, e plasmi freddi, ionizzati solo in parte, che possono stare a temperatura ambiente.
    • In natura è plasma la materia del Sole e delle stelle, così come i fulmini, la ionosfera e il vento solare che accende le aurore.
    • Il nome per il gas ionizzato si deve a Irving Langmuir, che lo usò per iscritto in un articolo del 1928.

    L'Approfondimento

    Che cos’è il plasma

    Il plasma è materia in cui una parte degli elettroni si è staccata dagli atomi e si muove libera. Gli atomi rimasti senza quegli elettroni hanno una carica positiva e si chiamano ioni. Secondo il Dipartimento dell’Energia statunitense (DOE), è questo il tratto che lo separa dagli altri stati: in un solido, in un liquido o in un gas gli elettroni restano legati vicino ai nuclei.

    La Treccani lo descrive come un gas con molti atomi ionizzati che, preso nel suo insieme, non porta carica elettrica. Le due cose stanno insieme grazie alla quasi-neutralità: in ogni piccola regione le cariche positive e quelle negative si bilanciano quasi esattamente, ed è una condizione richiesta perché un insieme di cariche si possa chiamare plasma.

    Perché il plasma è il quarto stato della materia

    Nei passaggi di stato tra solido, liquido e gas si può pensare a un liquido come a un solido più caldo. Il DOE avverte che col plasma il paragone non funziona allo stesso modo, perché il plasma ha proprietà che un gas non ha.

    La più evidente è che conduce la corrente elettrica. Elettroni liberi e ioni sono cariche in movimento, e in un gas freddo mancano. La NASA ricorda che, proprio perché conduce così bene, il plasma si muove seguendo i campi elettromagnetici che riempiono lo spazio. Per lo stesso motivo risente in modo forte dei campi magnetici, cosa che sfruttano le macchine per la fusione.

    C’è poi il modo in cui le particelle si influenzano. In un gas di solito si urtano a coppie e da vicino; nel plasma, scrive la Treccani, prevalgono forze elettriche a lungo raggio e ogni particella interagisce con moltissime altre nello stesso momento. È il comportamento collettivo del plasma; secondo il DOE è dalle interazioni complesse tra elettroni e ioni che nascono onde e instabilità.

    CaratteristicaGas comunePlasma
    ElettroniLegati agli atomiIn parte liberi
    ParticelleAtomi o molecole neutreElettroni liberi, ioni positivi e, se la ionizzazione è parziale, particelle neutre
    Carica complessivaNeutraQuasi neutra (quasi-neutralità)
    Corrente elettricaDa freddo non la conduceLa conduce facilmente
    Campi magneticiDa freddo non ne risente in modo forteNe risente in modo forte
    InterazioniA coppie, a corto raggioForze elettriche a lungo raggio, comportamento collettivo

    Il DOE elenca il plasma tra i quattro stati della materia, insieme a gas, liquidi e solidi. La NASA lo chiama quarto stato della materia e la Treccani quarto stato di aggregazione.

    Come si forma il plasma: la ionizzazione

    Il plasma nasce dalla ionizzazione, il processo con cui un atomo, o un gruppo di atomi, acquista carica elettrica e da neutro diventa ione. Staccare un elettrone ha un costo: bisogna fornire all’atomo un’energia, chiamata energia di ionizzazione. Secondo la Treccani può venire dal calore, che la voce chiama agitazione termica, dagli urti con particelle cariche o da radiazioni come la luce, l’ultravioletto, i raggi X e i raggi gamma.

    Il calore funziona così. Più un gas è caldo, più le sue particelle corrono, e a temperature molto alte un urto tra due atomi può bastare a staccare un elettrone: è ciò che accade nell’atmosfera del Sole. Nello spazio, aggiunge il DOE, il plasma può nascere anche dall’impatto di fotoni molto energetici, come i raggi gamma, sugli atomi.

    Vicino al suolo, invece, il plasma non dura. Nell’aria che respiriamo un elettrone strappato a un atomo, per esempio da un raggio cosmico, viene ricatturato in poco tempo.

    Quanto è ionizzato un plasma lo dice un numero, il grado di ionizzazione, indicato con la lettera greca alfa. Si ottiene dividendo la densità degli elettroni per la somma tra la densità degli elettroni e quella delle particelle neutre. Se di particelle neutre non ne resta nessuna, la frazione vale 1; se gli elettroni liberi sono pochissimi, si avvicina a 0. La formula diventa ambigua quando nel plasma ci sono anche ioni negativi.

    Plasmi caldi e plasmi freddi

    La Treccani usa due criteri per ordinarli: la densità (plasmi densi e rarefatti) e la temperatura (plasmi caldi e freddi).

    Per il DOE la maggior parte del plasma dell’universo è ad alta temperatura: si possono superare i 10.000 gradi Fahrenheit, e tutti gli atomi possono risultare ionizzati. Nei plasmi a bassa temperatura gli atomi sono ionizzati solo in parte, e il plasma può essere freddo, perfino a temperatura ambiente.

    Esempi di plasma in natura: Sole, stelle e fulmini

    Le stime della sua diffusione cambiano da fonte a fonte. La NASA, che lo dice raro sulla Terra, gli attribuisce il 99,9% dell’universo visibile; per il DOE è il 99% della materia visibile, per la Treccani circa il 99% della materia dell’universo.

    Gran parte di questo plasma sta nelle stelle, Sole compreso, nelle nebulose e nella materia interstellare. Il DOE descrive anche come nasce una stella: la gravità comprime e scalda un gas, gli urti tra gli atomi ne strappano gli elettroni e si forma plasma. Più vicino a noi, la Treccani conta tra i plasmi naturali la scarica di un fulmine, come quelli dei temporali. Il DOE indica come plasma anche un tipo particolare di fulmine, il fulmine globulare.

    La ionosfera comincia a circa 70-80 km di quota, ed è plasma perché lassù la luce solare a lunghezza d’onda corta, dall’ultravioletto ai raggi X, stacca elettroni dagli atomi. Oltre i 200 km, dove le particelle si urtano di rado, resta ionizzata sia di giorno sia di notte. Tra i pianeti del sistema solare scorre invece il vento solare, un plasma che viaggia a circa 400 km al secondo e dà forma alla parte più esterna del campo magnetico terrestre.

    Esempio pratico: il DOE indica nel plasma la causa dell’aurora boreale. Il vento solare fornisce l’energia, e secondo la NASA un fenomeno chiamato riconnessione magnetica, sul lato notturno della Terra, può spingere particelle verso i poli e accendere le aurore.

    Il plasma nella tecnologia: lampade, chip e fusione

    Il plasma più facile da incontrare in casa sta nelle lampade. La Treccani cita il gas luminoso delle lampade ad arco e quello dei tubi al neon; gli schermi al plasma usano invece una griglia di minuscoli plasmi controllati, ciascuno dei quali emette luce.

    Esempio pratico: in una lampada fluorescente c’è un gas inerte rarefatto con una piccola frazione di vapore di mercurio. Premuto l’interruttore, la corrente riscalda quel gas e ne mette in agitazione le particelle finché diventa plasma e fa luce. Su un meccanismo simile si accendono le insegne al neon e molti lampioni.

    L’industria lo usa per trattare le superfici dei materiali, per esempio con l’incisione al plasma (plasma etching), e la ricerca sul plasma finanziata dal DOE ha migliorato la fabbricazione dei semiconduttori che finiscono anche nei telefoni e nelle automobili. Le torce al plasma lanciano un getto attorno ai 10.000 °C, abbastanza per fondere e saldare metalli difficili da fondere come il molibdeno e il tantalio.

    In laboratorio, spiega il DOE, per ottenere plasma si investono gli atomi con campi elettromagnetici, fasci laser o scariche ad alta tensione. Poi c’è la fusione nucleare. Secondo ITER è dentro un plasma che gli elementi leggeri possono fondersi e liberare energia, in una stella come in una macchina a fusione. In un tokamak una forte corrente elettrica ionizza il gas combustibile e lo trasforma in plasma; sistemi di riscaldamento ausiliari lo portano poi tra 150 e 300 milioni di °C. Dato che le sue particelle sono cariche, grandi bobine magnetiche lo modellano e lo tengono lontano dalle pareti. Per il DOE confinare il plasma è un passo chiave per i tokamak e gli stellarator, le macchine che potrebbero un giorno fornire energia da fusione.

    Da dove viene il nome «plasma»

    Alla fine dell’Ottocento William Crookes studiava le scariche elettriche nei gas rarefatti e scrisse di avere davanti materia in un quarto stato, lontana dal gas quanto il gas lo è dal liquido. La chiamò materia radiante, un termine che Mario J. Pinheiro, nel suo studio sull’origine della parola, attribuisce a Faraday. Gli esperimenti successivi di J. J. Thomson mostrarono che quella materia era fatta di corpuscoli elettrizzati, che in seguito presero il nome di elettroni.

    Il nome arrivò con Irving Langmuir (1881-1957), chimico e fisico statunitense che studiava le scariche nei gas alla General Electric. Secondo Pinheiro il primo uso scritto di «plasma» per un gas ionizzato è in un suo articolo del 1928. Le date però oscillano: il collega Harold Mott-Smith, in una lettera a Nature del 1971, ricordava che la proposta era nata nel 1927 durante gli studi sulle scariche in vapore di mercurio, e la Treccani data il termine al 1929. Langmuir ricevette poi il Nobel per la chimica nel 1932, per la chimica delle superfici.

    La parola, che dal greco antico richiama l’idea di modellare, circolava da decenni nelle scienze della vita. Il fisiologo ceco Jan Evangelista Purkyně l’aveva usata per il liquido che resta togliendo i corpuscoli dal sangue. Secondo ITER la scelta nacque da un’analogia: nella scarica viaggiavano particelle cariche e impurità, un po’ come i globuli nel plasma del sangue. Alla comunità scientifica servì un po’ di tempo per accettare un termine medico con un significato nuovo.

    Presentazione

    Slide pronte da scaricare e fare tue in PowerPoint o Google Slides, con le note del relatore. Scegli il taglio Lampo o quello Completo.

    Slide 1 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Il plasmaSlide 2 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Che cosa hanno in comune un fulmine e il Sole?Slide 3 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Dal fulmine al tokamakSlide 4 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Capitolo 01: Elettroni liberi e ioniSlide 5 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Aria di una stanza e plasma a confrontoSlide 6 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Da gas neutro a plasmaSlide 7 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Capitolo 02: Perché non è un gas qualunqueSlide 8 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Il plasma è solo un gas molto caldo.Slide 9 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Capitolo 03: Dal Sole alle auroreSlide 10 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Da 70 km di quota in suSlide 11 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Capitolo 04: Lampade, chip e fusioneSlide 12 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Da Crookes al 1928: William Crookes, J. J. Thomson, Irving LangmuirSlide 13 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Plasmi al lavoroSlide 14 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: Quale di questi esempi NON è un plasma?Slide 15 della presentazione su Plasma, il quarto stato della materia: E adesso, il ripasso
    Lampo10 slideIl filo essenziale, per presentarlo in classeCompleta15 slideTutti i capitoli e gli approfondimenti

    Falsi miti

    • ✗ Mito Il plasma è soltanto un gas portato a temperature altissime.

      ✓ Realtà Il Dipartimento dell'Energia statunitense lo tiene distinto dal gas perché conduce l'elettricità e perché elettroni e ioni interagiscono in modi complessi, producendo onde e instabilità. Esistono poi plasmi freddi, ionizzati solo in parte, che restano a temperatura ambiente: la temperatura da sola non basta a definirlo.

    • ✗ Mito Il plasma è una curiosità da laboratorio, rara in tutto l'universo.

      ✓ Realtà Vicino al suolo dura poco, perché gli atomi si riprendono presto gli elettroni che perdono. Fuori dalla bassa atmosfera la situazione si rovescia: per la NASA il plasma, Sole e stelle compresi, forma il 99,9% dell'universo visibile; per il DOE è il 99% della materia visibile, per la Treccani circa il 99% della materia dell'universo.

    • ✗ Mito Il plasma della fisica e il plasma del sangue sono la stessa sostanza.

      ✓ Realtà Hanno in comune soltanto il nome. In medicina plasma indica la parte liquida del sangue; Langmuir prese in prestito la parola per analogia, perché la scarica elettrica che studiava trasportava elettroni e ioni come il plasma del sangue trasporta i globuli.

    Mappa concettuale

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    Mappa concettuale: Plasma, il quarto stato della materia: cos'è ed esempi
    • Il plasma
      • Che cos'è
        • Gas ionizzato Elettroni liberi e ioni positivi
        • Quasi-neutralità Cariche positive e negative quasi in equilibrio
      • Come si forma
        • Ionizzazione L'atomo perde elettroni e diventa ione
        • Calore e urti Come nell'atmosfera del Sole
        • Radiazioni Ultravioletto, raggi X e gamma
      • Proprietà
        • Conduce elettricità
        • Risente dei campi magnetici
        • Comportamento collettivo Forze elettriche a lungo raggio, onde e instabilità
      • Tipi di plasma
        • Plasmi caldi Atomi anche del tutto ionizzati
        • Plasmi freddi Ionizzati in parte, anche a temperatura ambiente
      • In natura
        • Sole e stelle
        • Fulmini
        • Ionosfera e aurore La ionosfera comincia a circa 70-80 km di quota
      • Nella tecnologia
        • Lampade e insegne Tubi fluorescenti, neon, lampade ad arco
        • Lavorazione dei materiali Incisione al plasma, torce per fondere metalli
        • Fusione nucleare Plasma confinato nei tokamak

    Quiz: mettiti alla prova

    Rispondi alle domande per verificare quanto hai imparato: riceverai subito la correzione e una breve spiegazione.

    Voto 0/10 0/5
    1 Che cosa distingue il plasma da un gas comune come l'aria di una stanza?

    Elettroni liberi e ioni positivi sono cariche in movimento, e per questo il plasma conduce l'elettricità. Nell'aria fredda quelle cariche libere mancano.

    2 Che cosa misura il grado di ionizzazione di un plasma?

    Il grado di ionizzazione si calcola dividendo la densità degli elettroni per la somma della densità degli elettroni e di quella delle particelle neutre. Vale 1 quando non restano particelle neutre e si avvicina a 0 quando gli elettroni liberi sono pochissimi.

    3 Quale di questi esempi NON è un plasma?

    L'aria vicino al suolo resta un gas neutro: gli elettroni persi dagli atomi vengono ricatturati in fretta. Il fulmine, il gas acceso di un'insegna al neon e l'atmosfera del Sole sono invece plasmi.

    4 Chi usò per primo per iscritto la parola «plasma» per un gas ionizzato?

    Langmuir, chimico e fisico statunitense, studiava le scariche elettriche nei gas alla General Electric e usò la parola in un articolo del 1928. Crookes aveva parlato di «materia radiante», Thomson ne aveva trovato gli elettroni, Purkyně aveva usato «plasma» in medicina.

    5 Vero o falso: esistono plasmi freddi, anche a temperatura ambiente.

    Il DOE descrive plasmi a bassa temperatura, con una ionizzazione solo parziale, che possono restare alla temperatura di una stanza. I plasmi caldi, come quelli delle stelle, possono avere invece tutti gli atomi ionizzati.

    Risposte: 1-A · 2-B · 3-C · 4-D · 5-A

    Flashcards

    Tocca la carta per girarla e verifica se ricordi la risposta, poi passa alla successiva.

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    Spiegalo con parole tue

    Il test definitivo: se sai spiegarlo con parole semplici, lo hai capito davvero. Scrivi la tua spiegazione, poi confrontala col Recap.

    La tua spiegazione resta salvata solo su questo dispositivo.

    Il plasma è un gas ionizzato: molti suoi atomi hanno perso elettroni, e dentro si muovono elettroni liberi e ioni positivi in quantità quasi uguali. Per questo conduce l'elettricità e risente dei campi magnetici. È contato come quarto stato della materia, accanto a solido, liquido e gas. Si forma quando gli atomi ricevono abbastanza energia da perdere elettroni, per esempio con il calore o con una scarica elettrica. Sulla Terra lo si vede nei fulmini e nelle insegne al neon; nello spazio è la materia del Sole e delle altre stelle.

    Domande e risposte

    Plasma: cos'è in parole semplici?

    Immagina un gas i cui atomi abbiano ricevuto tanta energia da perdere elettroni. Ne esce un miscuglio di cariche negative libere e di atomi con carica positiva che si compensano quasi del tutto; proprio quelle cariche libere gli permettono di condurre l'elettricità. È anche per questo che lo si conta come quarto stato della materia.

    Perché il plasma è considerato il quarto stato della materia?

    Perché le sue cariche libere gli danno proprietà che un gas comune non ha: conduce l'elettricità e risente fortemente dei campi magnetici. Il Dipartimento dell'Energia statunitense lo elenca tra i quattro stati della materia, accanto a solidi, liquidi e gas, e la Treccani lo chiama quarto stato di aggregazione.

    Quali sono degli esempi di plasma?

    In natura sono plasma il Sole e le stelle, la materia interstellare, i fulmini, la ionosfera e il vento solare. Nella tecnologia lo sono il gas acceso delle lampade fluorescenti, delle insegne al neon e degli schermi al plasma, il getto delle torce al plasma e il plasma confinato nei tokamak per la fusione.

    Che differenza c'è tra plasma e gas?

    In un gas comune gli elettroni restano legati agli atomi e le particelle interagiscono a coppie, a corto raggio. Nel plasma una parte degli elettroni è libera, il materiale conduce l'elettricità e ogni particella risente di moltissime altre attraverso forze elettriche a lungo raggio.

    Il plasma della fisica è lo stesso del plasma del sangue?

    No. Quello dei medici è il liquido del sangue; quello dei fisici è un gas ionizzato, battezzato così da Irving Langmuir per somiglianza con il primo.

    Fonti consultate

    • DOE Explains...Plasma (U.S. Department of Energy, Office of Science)
    • What is Plasma? (NASA Goddard Scientific Visualization Studio)
    • Plasma (NASA, International Solar Terrestrial Physics, David P. Stern)
    • Why «plasma»? (ITER Organization)
    • What is a tokamak? (ITER Organization)
    • Plasma (Treccani, Enciclopedia on line)
    • Ionizzazione (Treccani, Enciclopedia on line)
    • Plasma: the genesis of the word (Mario J. Pinheiro, arXiv physics/0703260)
    • Plasma physics, Physics Formulary di J.C.A. Wevers (LibreTexts Physics)

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