¿Existe una transición de fase entre un gas y un plasma?

La respuesta corta y aproximada es no. La transición entre el estado gaseoso y el plasma es continua y gradual. La transición de fase generalmente ocurre a temperatura constante para una presión determinada, lo que no ocurre con el plasma. Echa un vistazo aquí .

Algunas referencias clasifican la transición del estado gaseoso al plasma como un tipo especial de transición de fase llamada transición de fase de segundo orden. La diferencia entre el segundo orden y el primer orden (transición de fase estándar bien conocida) es que el segundo orden es gradual mientras que el primer orden es repentino. . Echa un vistazo aquí .

Entonces, si se refiere a la definición estándar de transición de fase, la respuesta es no.

Espero que eso haya ayudado

Las propiedades del plasma ya se hacen palpables con un bajo grado de ionización. Por otro lado, el grado de ionización nunca llega al 100% en un plasma macroscópico (donde ocurren colisiones térmicas): siempre habrá algunos electrones e iones recombinándose en algún lugar (equilibrio). Entonces parece que el estado de plasma 'perfecto' es solo asintótico como$T\rightarrow\infty$. A efectos prácticos, un plasma con un alto grado de ionización se considera completamente ionizado.

s constante, T es la temperatura y e es la carga de iones). Dado que x no se hace grande hasta que T es bastante alta (factor de Boltzmann), y dado que no tiene un gas para comenzar a menos que la concentración general sea bastante bajo, creo que normalmente no obtienes una transición de fase. Alguien con un conocimiento más detallado debería verificar eso. Por supuesto, las comparaciones cuantitativas son completamente diferentes para materia de quarks-gluones, etc.

Esta es una pregunta muy interesante y como ya lo he pensado antes, me gustaría compartir mi respuesta.

En lo que a mí respecta, no ha habido evidencia empírica de la coexistencia entre un plasma totalmente ionizado y un gas neutro como fases separadas en contacto, como el hielo y el agua en$0^{\circ}$C. Como señaló correctamente @Gotaquestion, la transición entre el estado gaseoso y el de plasma es continua y gradual.

Sin embargo, la capacidad calorífica a volumen constante,$C_{V}$, y también la capacidad calorífica a presión constante,$C_{p}$, exhiben valores máximos en algunos intervalos de temperatura donde la ionización átomo/molécula debido al intercambio de energía se vuelve más probable. En la siguiente figura, extraída de un antiguo formulario Phys. Fluidos por Drellishak et al ,$C_{V}(T)$y$C_{p}(T)$las curvas se calcularon utilizando los principios de la termodinámica y la función de partición del nitrógeno diatómico y el oxígeno diatómico.

En estas figuras, los picos muestran el efecto de un aumento muy fuerte en los calores específicos debido principalmente a la pérdida de energía por ionización de electrones. Después de cada pico, la curva desciende hasta un mínimo que siempre es superior al anterior. Esto sucede porque luego de que ocurre un pico, los electrones ionizados correspondientes se introducen en el sistema, dando su propia contribución al calor específico al aumentar los grados de libertad del sistema.

Tenga en cuenta que a medida que los picos se estrechan, deben parecerse cada vez más a una transición de fase de segundo orden. Las transiciones de fase de segundo orden se caracterizan por continuas$G(T, P), S(T,P), V(T,P)$, pero capacidad calorífica a presión constante discontinua$C_{p}(T,P)$(una buena referencia se puede encontrar aquí ).

Finalmente, debo señalar algunas advertencias en esta respuesta. Aquí consideré lo que se llama "plasma clásico", que utiliza la mecánica estadística clásica en el tratamiento de Debye-Hückel.

No soy un especialista en plasmas mecánicos cuánticos, pero tal vez en tales sistemas pueda ocurrir otro tipo de transición de fase.