Ligação metálica: propriedades, como é formada e exemplos

Ligação metálica: propriedades, como é formada e exemplos

A ligação metálica é aquela que mantém os átomos dos elementos metálicos firmemente juntos. Está presente nos metais e define todas as suas propriedades físicas que os caracterizam como materiais duros, dúcteis, maleáveis ​​e bons condutores de calor e eletricidade.

De todas as ligações químicas , a ligação metálica é a única onde os elétrons não estão localizados exclusivamente entre um par de átomos, mas são deslocalizados entre milhões deles em uma espécie de cola ou “mar de elétrons” que os mantém firmemente juntos ou coeso.

Por exemplo, suponha que o metal cobre. No cobre, seus átomos de Cu liberam seus elétrons de valência para formar a ligação metálica. Acima dessa ligação é representada como cátions Cu 2+ (círculos azuis) cercados por elétrons (círculos amarelos). Os elétrons não estão imóveis: eles se movem pelo cristal de cobre. No entanto, os metais não falam formalmente de cátions, mas de átomos metálicos neutros.

A ligação metálica é verificada examinando as propriedades dos elementos metálicos, bem como as de suas ligas. Eles integram uma série de materiais brilhantes, prateados, resistentes e duros, que também possuem altos pontos de fusão e ebulição .

Como é formada a ligação metálica?

A ligação de metal é formada apenas entre um conjunto ou grupo de átomos de metal. Para que os elétrons sejam deslocados por todo o cristal metálico, deve haver uma “estrada” pela qual eles possam viajar. Isso é projetado a partir da sobreposição de todos os orbitais atômicos dos átomos vizinhos.

Por exemplo, considere uma linha de átomos de zinco, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Esses átomos se sobrepõem aos seus orbitais atômicos de valência para criar orbitais moleculares. Por sua vez, esses orbitais moleculares se sobrepõem a outros orbitais de átomos de Zn vizinhos.

Cada átomo de zinco contribui com dois elétrons para contribuir com a ligação metálica. Dessa maneira, a sobreposição ou união dos orbitais moleculares e os átomos doados pelo zinco originam uma “estrada” pela qual os elétrons são deslocalizados por todo o cristal como se fossem uma cola ou um mar de elétrons, cobrindo ou banhando todos os átomos de metal.

Propriedades de ligação metálica

Estruturas

A ligação metálica origina estruturas compactas, onde os átomos estão intimamente unidos, sem muita distância que os separa. Dependendo do tipo específico de estrutura, existem cristais diferentes, alguns mais densos que outros.

Nas estruturas metálicas, as moléculas não são adequadamente mencionadas, mas átomos neutros (ou cátions, de acordo com outras perspectivas). Tomando o exemplo do cobre, não há moléculas de Cu2 em seus cristais compactados , com uma ligação covalente Cu-Cu.

Reorganização

A ligação metálica tem a propriedade de se reorganizar. Este não é o caso de ligações covalentes e iônicas. Se uma ligação covalente se romper, ela não se formará novamente como se nada tivesse acontecido. Além disso, as cargas elétricas na ligação iônica são invariáveis, a menos que ocorra uma reação química.

Por exemplo, considere o mercúrio metálico para explicar esse ponto.

A ligação metálica entre dois átomos de mercúrio adjacentes, Hg ··· Hg, pode se romper e se reconformar com outro átomo vizinho se o cristal for submetido a uma força externa que o deforma.

Assim, a ligação é reorganizada enquanto o cristal sofre deformação. Isso confere aos metais as propriedades de serem materiais dúcteis e maleáveis. Caso contrário, eles quebrariam como pedaços de vidro ou cerâmica, mesmo quando quentes.

Condutividades térmicas e elétricas

A propriedade da ligação metálica de ter seus elétrons deslocalizados também dá aos metais a capacidade de conduzir calor e eletricidade. Isso ocorre porque, como os elétrons são deslocalizados e se movendo por toda parte, eles efetivamente transmitem as vibrações atômicas como se fosse uma onda. Essas vibrações são traduzidas em calor.

Por outro lado, ao mover os elétrons, há espaços vazios atrás dos quais outros podem ocupar; portanto, há uma vaga eletrônica através da qual mais elétrons podem “correr” e, assim, originar uma corrente elétrica.

Em princípio, sem abordar as teorias físicas por trás do fenômeno, esta é a explicação geral da condutividade elétrica dos metais.

Brilho metálico

Elétrons deslocalizados e móveis também podem interagir e rejeitar fótons na luz visível. Dependendo das densidades e da superfície do metal, ele pode exibir diferentes tonalidades de cinza ou prata ou até reflexos iridescentes. Os casos mais excepcionais são os de cobre, mercúrio e ouro, que absorvem fótons de determinadas frequências.

Offshoring de elétrons

Para entender a ligação metálica, é necessário entender o que se entende por deslocalização dos elétrons. É impossível determinar onde estão os elétrons. No entanto, pode-se estimar em que região do espaço é provável que os encontre. Em uma ligação covalente AB, o par de elétrons é distribuído no espaço que separa os átomos A e B; dizem que estão localizados entre A e B.

Em uma ligação de metal AB, no entanto, não se pode dizer que os elétrons se comportam da mesma maneira que em uma ligação AB covalente. Eles não estão localizados entre dois átomos específicos de A e B, mas difundem ou vão para outras partes do sólido, onde também são compactados, isto é, fortemente ligados, átomos de A e B.

Quando é assim, diz-se que os elétrons na ligação do metal estão deslocalizados: eles vão em qualquer direção em que haja átomos de A e B, como mostrado na primeira imagem com os átomos de cobre e seus elétrons.

Portanto, a ligação metálica se refere a uma deslocalização desses elétrons, e essa característica é responsável por muitas das propriedades que os metais possuem. A teoria do mar de elétrons também a apoia.

Exemplos de ligações metálicas

Alguns elos metálicos de uso comum na vida cotidiana são os seguintes:

– elementos metálicos

Zinco

No zinco, um metal de transição, seus átomos estão ligados pela ligação do metal.

Ouro (Au)

O ouro puro, como as ligas deste material com cobre e prata, atualmente é amplamente utilizado em jóias finas.

Cobre (Cu)

Este metal é amplamente utilizado em aplicações elétricas, graças às suas excelentes propriedades condutoras de eletricidade.

Prata (Ag)

Dadas suas propriedades, este metal é amplamente utilizado em aplicações de joias finas e no campo industrial.

Níquel (Ni)

Em seu estado puro, geralmente é usado para fabricar moedas, baterias, ferro fundido ou várias peças de metal.

Cádmio (Cd)

É um material muito tóxico e é usado na fabricação de baterias.

Platina (pt)

É utilizado em jóias finas (ligas de ouro) e na fabricação de instrumentos de medição de laboratório e implantes dentários.

Titânio (Ti)

Este metal é de uso comum no ramo de engenharia, bem como na fabricação de implantes osteossintéticos, aplicações industriais e joias.

Chumbo (Pb)

Este material é utilizado no desenvolvimento de condutores elétricos, mais especificamente, na fabricação da cobertura externa de cabos telefônicos e de telecomunicações.

– Compostos metálicos

Aço comum

A reação do ferro com o carbono produz aço comum, um material muito mais resistente ao estresse mecânico comparado ao ferro.

Aço inoxidável

Uma variação do material acima pode ser encontrada combinando aço comum com metais de transição, como cromo e níquel.

Bronze

É produzido combinando cobre com estanho, numa proporção aproximada de 88% e 12%, respectivamente. É usado na confecção de moedas, ferramentas e ornamentos públicos.

Ligas de mercúrio

Várias ligas de mercúrio com outros metais de transição, como prata, cobre e zinco, produzem as amálgamas usadas na odontologia.

Liga de platina cromada

Este tipo de liga é amplamente utilizado para fazer lâminas de barbear.

Pieltre

Esta liga de estanho, antimônio, envelope e bismuto é de uso comum na confecção de utensílios domésticos.

Latão

É gerado pela combinação de cobre com zinco, na proporção de 67% e 33%, respectivamente. É usado na fabricação de artigos de hardware.

Teoria do mar de elétrons

A imagem acima ilustra o conceito do mar de elétrons. De acordo com a teoria do mar de elétrons, os átomos de metal se destacam de seus elétrons de valência (cargas negativas) para permanecerem como íons atômicos (cargas positivas). Os elétrons destacados tornam-se parte de um mar no qual são deslocalizados por cada extensão do cristal metálico.

No entanto, isso não significa que um metal seja composto de íons; seus átomos são realmente neutros. Não se fala de íons Hg + no mercúrio líquido, mas de átomos de Hg neutros.

Outra maneira de visualizar o mar de elétrons é assumindo a neutralidade dos átomos. Assim, enquanto eles concedem seus elétrons para definir a ligação metálica que os mantém fortemente ligados, eles também instantaneamente recebem outros elétrons de outras regiões do cristal, para que nunca adquiram uma carga positiva.

Essa teoria explica por que os metais são dúcteis, maleáveis ​​e como as ligações podem ser reorganizadas para permitir a deformação de um cristal sem quebrá-lo. Há quem chame esse mar de elétrons de “cimento eletrônico”, pois é capaz de se mover, mas em condições normais, solidifica e mantém os átomos de metal firmes e fixos.

Referências

  1. Whitten, Davis, Peck e Stanley. (2008). Chemistry . (8a ed.). Aprendizagem CENGAGE.
  2. Shiver & Atkins. (2008). Química inorgânica . (Quarta edição). Mc Graw Hill.
  3. Wikipedia. (2020). Ligação metálica. Recuperado de: en.wikipedia.org
  4. Os editores da Encyclopaedia Britannica. (04 de abril de 2016). Ligação metálica. Encyclopædia Britannica. Recuperado de: britannica.com
  5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 de janeiro de 2020). Ligação metálica: definição, propriedades e exemplos. Recuperado de: thoughtco.com
  6. Jim Clark. (29 de setembro de 2019). Ligação Metálica. Química LibreTexts. Recuperado de: chem.libretexts.org
  7. Mary Ellen Ellis. (2020). O que é uma ligação metálica? – Definição, propriedades e exemplos. Estude. Recuperado de: study.com

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