Ligação metálica corrente elétrica

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1 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

2 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

3 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

4 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 se encontram muito longe do núcleo. 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

5 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. 5

6 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

7 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

8 Principais características dos retículos 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 Cúbica de Face Centrada (CFC) Ex.: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag 8

9 Principais estruturas dos retículos Estrutura CFC Átomos se tocam ao longo da diagonal das faces 4R 2 = a 2 +a 2 a = 2R 2 Principais estruturas dos retículos 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

10 Principais estruturas dos retículos Fator de Empacotamento Atômico (FEA) FEA= FEA = Volume de átomos em uma célula unitária Volume de átomos em uma célula unitária Volume total da célula unitária Volume total da célula unitária Principais estruturas dos retículos Fator de Empacotamento Atômico (FEA) 10

11 Principais estruturas dos retículos 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 Cúbica de Corpo Centrado (CCC) Átomos tocam-se ao longo da diagonal do cubo a 3a 3 (diagonal do cubo) R a a a = (diagonal de auma face do cubo) ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo 2 a = 4R 3 11

12 Principais estruturas dos retículos Estrutura Hexagonal Compacta (HC) Ex.: Zn, Cd, Mg, Ti c a 3 c/a= 1,633 a a = Número de Coordenação: a 12 ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo (12 átomos vértice) x (1/6 átomo + 2 faces) x (1/2 átomo + 3 átomos centrais) = 6 átomos/célula unitária FEA = 0,74 12

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