Ligações Metálicas
Ligação metálica
É o tipo de ligação que ocorre entre os
átomos de metais. Quando muitos destes
átomos estão juntos num cristal metálico,
estes perdem seus elétrons da última
camada. Forma-se, então, uma rede
ordenada de íons positivos mergulhada num
mar de elétrons em movimento aleatório. Se
aplicarmos um campo elétrico a um metal,
orientamos o movimento dos elétrons numa
direção preferencial, ou seja, geramos uma
corrente elétrica
1
Quando aplica-se uma voltagem elétrica a um metal, os
elétrons no mar de elétrons podem se mover facilmente e
transportar uma corrente.
Metais
Grande número de entidades
iguais mantidas coesas em
um retículo cristalino.
2
O modelo do “mar de elétrons”
Os elétrons de valência não estão ligados aos átomos, mas deslocalizados por
todo o retículo, movendo-se em todas as direções e sendo compartilhados por
todos os cátions com igual probabilidade.
3
Modelo Mar de Elétrons
Retículo de esferas rígidas (cátions)
mantidos coesos por elétrons que
podem se mover livremente – elétrons
livres (“mar de elétrons”).
Elétrons
mais
externos
encontram muito longe do núcleo.
se
Os metais possuem baixa energia
de ionização – tornam-se cátions
facilmente.
A força de coesão seria resultante
da atração entre os cátions no reticulado
e a nuvem eletrônica.
Principais características e
propriedades das ligações metálicas
São não direcionais – atração eletrostática.
Força da ligação metálica – depende da carga
dos cátions
Brilho metálico – interação dos elétrons do metal
com os diversos comprimentos de onda
incidentes (quase todas as transições são
permitidas).
4
Principais características e
propriedades das ligações metálicas
Condução da energia elétrica – elétrons são promovidos
a níveis energéticos mais elevados que estão
disponíveis (vazios).
Condução de energia térmica:
Elétrons “deslocalizados” interagem fracamente com os
núcleos.
No aquecimento os elétrons adquirem grande
quantidade de energia cinética e deslocam-se para as
regiões mais frias.
Dissipação desta energia através de choque com outras
partículas levando a aquecimento do retículo.
Vibração dos cátions em suas posições no retículo
cristalino também contribui – razão pela qual a
condutividade elétrica dos metais cai com o aumento da
temperatura.
Características dos Metais
Dureza, ponto de fusão e ponto de ebulição –
dependem primordialmente da força das
ligações metálicas.
Os átomos de um metal no estado sólido estão
arranjados de modo a formar figuras
geométricas bem definidas – os retículos
metálicos.
5
Características dos Metais
• Ductilidade e Maleabilidade
capacidade de formar fios e lâminas
Características dos Metais
Podem
formar
uma
grande
quantidade de ligas metálicas
combinando-os com outros metais
ou outros elementos da Tabela
Periódica
6
Ligas metálicas
Materiais com propriedades metálicas
que contém dois ou mais elementos
sendo que pelo menos um deles é
metal.
As ligas possuem propriedades
diferentes dos elementos que as
originam. Algumas propriedades são
tais como diminuição ou aumento do
ponto de fusão, aumento da dureza ,
aumento da resistência mecânica.
Ligas metálicas
Exemplos de Ligas
Liga
Composição
Utilização
Amálgama dental
mercúrio, prata e
estanho
obturações
dentárias
Bronze
cobre e estanho
fabricação de
sinos, estátuas e
moedas
Aço inoxidável
carbono, ferro,
cromo e níquel
Fabricação de
utensílios de
cozinha e peças
de carro
7
Principais características dos
retículos metálicos
Estrutura cristalina de metais
Ligação metálica: não-direcional.
Ligação metálica: sem restrições sobre número
e posição dos vizinhos mais próximos.
Ligação metálica ⇒ empacotamento denso!
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Cúbica de Face Centrada (CFC)
Ex.: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag
8
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Estrutura CFC
Átomos se tocam ao longo da diagonal das faces
4R2 = a2 +a2
a = 2R√2
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Número de Coordenação
Número de vizinhos mais próximos
CFC = 12
(6 faces x 1/2 átomo) + (8 vértices x 1/8 átomo) =
4 átomos / célula unitária
9
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Fator de Empacotamento Atômico
(FEA)
Volume de átomos em uma célula unitária
FEA=
FEA =
Volume de átomos em uma célula unitária
Volume total da célula unitária
Volume total da célula unitária
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Fator de Empacotamento Atômico
(FEA)
10
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
Ex: Cr, W, Fe, Ta, Mo
N.C. = 8
(1 átomo central) + (8 vértices x 1/8 átomo) =
2 átomos/célula unitária
FEA = 0,68
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Cúbica de Corpo Centrado (CCC)
Átomos tocam-se ao longo da
diagonal do cubo
a 3a√3(diagonal do cubo)
a=
(diagonal
deauma face do cubo)
ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo
a 2
R
a
a=
4R
3
11
Principais estruturas dos retículos
metálicos
Estrutura Hexagonal Compacta
(HC)
Ex.: Zn, Cd, Mg, Ti
c
a√3
a
c/a= 1,633
a=
a
Número de Coordenação:
12
ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo
(12 átomos vértice) x (1/6 átomo + 2 faces) x (1/2 átomo
+ 3 átomos centrais) =
FEA = 0,74
6 átomos/célula unitária
12