Química

Ligações Metálicas

Primeiramente poderíamos perguntar o que é ligação metálica? Definindo de um modo simplificado poderíamos dizer que a ligação metálica acontece entre átomos de um mesmo elemento químico com característica específicas idênticas, que se aproximam um do outro através da atração das cargas positivas dos seus cátions e negativa de seus elétrons.

As substâncias formadas possuem ponto de fusão, ebulição e densidade sempre altos, com exceção do mercúrio que sofre fusão aos 39 graus Celsius negativos, do gálio que tem o ponto de fusão a 30 graus Celsius e do potássio que funde aos 63 graus Celsius, todos os metais tem a característica de conduzir corrente elétrica tanto no estado líquido como no sólido. O fluxo dos dos elétrons estão com as suas cargas orientadas, deslocam-se ordenadamente.

Baixa Energia de ionização

Energia de ionização ou potencial de ionização é a energia necessária para arrancar o elétron do átomo. No caso dos metais a energia de ionização sendo baixa, há a saída de elétrons dos átomos metálicos e consequentemente, perda de elétrons com facilidade e formação de cátions. Além disso outra característica dos metais é que os seus elétrons estão continuamente se mudando de átomo para átomo, ?saltando? de um orbital para o outro em constante movimentação.

Observe o arranjo dos átomos dos metais puros no esquema abaixo.

Os átomos dos metais se alinham simetricamente gerando estruturas geométricas.

Esses espaços livres entre um e outro átomo que estão representados no esquema, são os "caminho dos elétrons" pelos quais eles circulam livremente.

Os núcleos dos metais de carga positiva, estão mergulhados numa nuvem de elétrons.

Os átomos dos metais também podem ser representados esquematicamente conforme a figura geométrica ao lado

Também podemos representar a s ligações metálicas com os seus átomos se organizando e formando um retículo tridimensional cristalino. Esta forma é muito comum entre os metais.

Os metais se apresentam estruturalmente na forma de cristais que podem sofrer compressão até se transformarem em lâminas. No metal laminado os átomos se deslocam num rearranjo para outra posição no cristal. Podem ser transformados em lâminas, por exemplo; com o metal alumínio pode-se obter lâminas bem finas de espessura de 0,1 mm. Choques e pancadas que amassem os metais, desarranjam os retículos cristalinos que os formam e faz os seus átomos rolarem uns sobre os outros, mas mesmo assim esse átomos continuam unidos.

Os elétrons que se deslocam livres, permitem a certos metais que, quando aquecidos em uma de suas extremidades, pelo aumento da excitação e movimentação de seus elétrons, possam difundir o calor por todo o corpo do metal, essa mobilidade dos seus elétrons que se "infiltram" por entre os núcleos dos átomos, somada a outra característica que é aquela que quando aquecidos os núcleos dos átomos do metal também começam a vibrar no corpo metálico, a somatória do movimento eletrônico mais a vibração dos núcleos atômicos é que promovem a expansão do calor. Por esse motivo os metais são bons condutores térmicos.

Os Metais puros possuem condutibilidade elétrica maior que as ligas metálicas. Os átomos de tamanhos diferentes das ligas metálicas, possuem um arranjo na forma do cristal que dificultam o deslocamento ou a passagem dos elétrons da nuvem eletrônica por entre os núcleos desses átomos.

A Teoria Das Bandas Eletrônicas

A condutibilidade dos elétrons também pode ser explicada através das bandas eletrônicas.

Para exemplificar as bandas eletrônicas nos metais, podemos usar átomos de lítio que enfileirados com o seu orbital exterior 2s1 é um fornecedor dos elétrons para a formação da nuvem eletrônica.

Os átomos como o do lítio e do potássio respectivamente, no metal estão muito próximos um do outro formando esses materiais, contudo possuem seus orbitais externos semi-preenchidos . No caso dos metais em geral, o núcleo dos átomos não exercem muita atração sobre os seus elétrons, principalmente os do último orbital, o externo e esses elétrons ficam livres e formam nuvens que se espalham por todo o cristal em constante movimento. Por sua vez os mesmos orbitais exteriores se fundem nesses átomos e a própria nuvem eletrônica é que semi-preenche esses orbitais.

As linhas paralelas abaixo representam os níveis energéticos de átomos.

Essas linhas representativas sugerem os níveis energéticos de uma sequencia de átomos enfileirados. Mudando para um elemento químico com número de elétrons maior, em que cada átomo teria 6 camadas eletrônicas e a última seria a ?6s1?. Nesse caso os elétrons das camadas ou linhas coloridas em vermelho são estáveis mantidos pelos núcleos positivos. A linha em azul tracejada representa o sexto nível de elétrons de cada átomo na fileira, os traços da linha pontilhada representam o orbital individual e consequentemente o primeiro potencial de ionização de cada um deles, estes seriam os orbitais mais externos, os quais os elétrons fazem parte da nuvem eletrônica.

Metais Tem Natureza Ductil

A ductilidade indica que o metal é maleável pode ser estirado, comprimido, podem ser dobrados, transformados em fios e cabos de vários diâmetros.

Metais Puros e Condutibilidade Elétrica Os metais são ótimos condutores de eletricidade. Os metais puros possuem Condutibilidade Elétrica maior que as ligas metálicas. Os átomos de tamanhos diferentes nas ligas dificultam a passagem dos elétrons da nuvem eletrônica por entre esses átomos. Metal Laminado

Os metais se apresentam estruturalmente na forma de cristais que podem sofrer compressão até se transformarem em lâminas. No metal laminado os átomos se deslocam de uma para outra posição no cristal. Podem ser transformados em lâminas por exemplo do alumínio pode-se obter lâminas bem finas de espessura de até 0,001 mm.

A Densidade dos Metais

A densidade dos metais pode não ser dada somente pelo compactação de sua formação cristalina e sim também pelo peso do átomo. Uns metais são mais densos que outros portanto, mesmo dependendo da resistência do material o seu uso pode ser restrito devido ao seu peso.

Resistência à Tração

Os metais geralmente são muito resistentes á tração. O aço por exemplo é muito resistente a tração pode ser transformado em fios finos e trançados na formação dos cabos de aço que suportam grandes trações, são usados em elevadores e vigas de grande extensões no suporte de pontes, barras de ferros de diversos diâmetros que servem na construção civil para estruturas de concreto armado, como cabos de aço também são usados nas redes de transmissão de corrente elétrica de grande voltagem.

Pontes, como a observada na foto, feitas de aço, podem ter uma grande extensão entre os vãos das pilastras de sustentação devido a grande resistência à tração .

Ligas Metálicas

Dois ou mais metais podem se ligar e coexistirem, contanto que o segundo metal adicionado não ultrapasse em quantidade o principal.

O Tamanho dos Átomos na Liga

As ligas metálicas acontecem com átomos com os mesmos e de diferentes tamanhos e densidades, também ocorrem normalmente as ligações formando o material. Nesse caso quando são do mesmo tamanho simplesmente o átomo da liga substitui o outro átomo do metal puro no lócus do cristal, como acontece na mistura do cobre com níquel. Quando os átomos que formarão a liga são de tamanhos muito diferentes os átomos de núcleos menores se ajeitam nos espaços vazios entre os núcleos dos átomos maiores.

Exemplos de Algumas Ligas Metálicas

Bronze 90 % de Cobre 10% de estanho.

Os componentes principais da liga do latão é 67% de cobre e 33% de zinco.

Ouro 18 quilates contém na liga 75% de ouro 12,5% de prata, 12,5% cobre o qual é muito utilizado na confecção de alianças de casamento.

Chumbo para solda a liga possui 67% de chumbo e 33% estanho.

Moeda 75% cobre 25% de níquel. No Brasil as ligas usadas na confecção das moedas metálicas não obedecem somente a regra de utilizar sempre uma única liga (veja site abaixo).

Há uma variedade de aços, cada um com sua composição própria dos componentes químicos da liga. O aço comum é uma liga de ferro contendo de 0,01; 0,8; a 2,1% de carbono, entre os diversos usos também é utilizado na construção civil na forma de vergalhões de reforço do concreto armado (figura ao lado).

Aço inoxidável é uma liga de ferro contendo de 0,1 de carbono, 18 % de cromo, 8% de níquel. (Não enferruja).

Uma liga metálica muito comum é a usada na confecção de moedas, o cobre participa com 75% e o níquel com 25% do volume. Observe para não confundir, que aqui as moedas de um real foram cunhadas separadamente em duas partes, o contorno externo é feito de cobre e níquel e o centro da moeda uma liga de aço inoxidável. Há moedas feitas inteiramente de aço inoxidável, outras são de aço revestidas de bronze. Portanto há uma variedade de material utilizado.

A folha de alumínio de utilização doméstica, também é uma liga que pode mudar a composição de acordo com o fabricante ou país (Vide embalagem). Alumínio 98,02%, Zn 0,10% Si 0,70%, Mg 0,05%, Fe 0,80%, Cr 0,05%, Mn 0,10%, Ti 0,08% e Cu 0,10%.

A liga de latão, é uma mistura de cobre e de zinco também é muito utilizada na indústria alimentícia. As latas de conservas e de óleos comestíveis estão continuamente presentes no nosso dia-a-dia.

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