Tema da aula: Ligações Metálicas

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1 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: IU 22/06/2017 Tema da aula: Ligações Metálicas Nas aulas anteriores estudamos dois tipos de ligações químicas: ligações iônicas e ligações covalentes; As ligações iônicas ocorrem essencialmente entre átomos de um metal e de um não metal; Substâncias formadas por metais e não metais são denominadas substâncias iônicas ou compostos iônicos; As ligações covalentes ocorrem essencialmente entre átomos de não metal (is); A ligação covalente é típica das substâncias denominadas moléculas ou compostos moleculares; Nesta aula estudaremos as substâncias metálicas! A palavra metal deriva do grego métalon, que significa mina, já que os materiais derivados dos metais eram geralmente obtidos nas minas. Um metal pode significar um elemento, um composto ou uma liga metálica. Esses materiais são geralmente duros, brilhantes, maleáveis, dúcteis e possuem boa condutividade térmica e elétrica. Na tabela periódica 91 dos 118 elementos são metais. Eles caracteristicamente são elementos eletropositivos e possuem 1, 2 ou 3 elétrons na camada de valência.

2 Substância Fórmula Ponto de Fusão ( C) Ponto de Ebulição ( C) Conduz corrente elétrica no estado sólido? estado líquido? Mercúrio Hg Sim Sim Césio Cs Sim Sim Gálio Ga Sim Sim Rubídio Rb Sim Sim Potássio K Sim Sim Sódio Na Sim Sim Lítio Li Sim Sim Estanho Sn Sim Sim Chumbo Pb Sim Sim Zinco Zn Sim Sim Magnésio Mg Sim Sim Alumínio Al Sim Sim Bário Ba Sim Sim Estrôncio Sr Sim Sim Cálcio Ca Sim Sim Prata Ag Sim Sim Ouro Au Sim Sim Cobre Cu Sim Sim Berílio Be Sim Sim Níquel Ni Sim Sim Ferro Fe Sim Sim Titânio Ti Sim Sim Platina Pt Sim Sim Vanádio V Sim Sim Háfnio Hf Sim Sim Rutênio Ru Sim Sim Nióbio Nb Sim Sim Molibdênio Mo Sim Sim Tântalo Ta Sim Sim Ósmio Os Sim Sim Rênio Re Sim Sim Tungstênio W Sim Sim

3 Pela análise dos dados da tabela é possível generalizar o seguinte: Corrente elétrica é um fluxo ordenado de cargas elétricas. A corrente elétrica que passa através de um metal (como os fios de cobre de um circuito elétrico) consiste num movimento ordenado de elétrons (que possuem cargas elétricas negativas). Os núcleos dos átomos dos metais não exercem uma atração muito grande sobre os elétrons da sua última camada. Por isso, possuem alta tendência a perder elétrons. Dessa forma é admitido que um metal sólido é constituído por átomos em posições ordenadas com seus elétrons de valência livres para se movimentarem por todo o metal. Assim, temos um arranjo de íons metálicos positivos mergulhados num mar de elétrons livres. Esse é o chamado modelo do mar de elétrons, que explica a condutividade elétrica dos metais. Assim como na ligação covalente a presença dos elétrons entre os átomos é o que os mantém unidos, é a presença do mar de elétrons que mantém os átomos metálicos unidos, em um tipo de ligação denominado ligação metálica. Um pedaço de ferro metálico, por exemplo, é formado por uma infinidade de átomos de ferro. Levando isso em conta, este pedaço de ferro deveria ser representado por Fe n, em que n representa um número de átomos de ferro muito grande. Contudo, para simplificar, representamos um pedaço de metal apenas pelo símbolo do elemento; no caso, Fe. Exemplos de ligas metálicas: O ouro 18 quilates é uma liga de ouro e cobre (eventualmente, prata);

4 O bronze é uma liga de cobre e estanho; O latão é uma liga de cobre e zinco; O aço é uma liga de ferro com pequena quantidade de carbono. As ligas metálicas são preparadas, em geral, aquecendo-se conjuntamente os metais até sua fusão completa, e depois deixando-os esfriar e solidificar completamente; As propriedades físicas e químicas das ligas metálicas podem ser muito diferentes das propriedades dos elementos que lhes deram origem. Isso depende de fatores como a natureza dos elementos que formam a liga, a proporção em que são misturados, estrutura cristalina da liga, etc; Uma liga de níquel e cromo, por exemplo, tem condutividade elétrica baixa (ao contrário dos metais), e por esse motivo é usada nas resistências dos ferros elétricos, chuveiros elétricos, etc; O aço comum (liga de ferro com pequena porcentagem de carbono) tem maior resistência à tração do que o ferro puro; O aço inoxidável (liga de ferro com 0,1% de carbono, 18% de cromo e 8% de níquel) não enferruja, como acontece com o ferro e o aço comuns; Os metais têm elevados pontos de fusão. No entanto, uma liga com 70% de estanho e 30% de chumbo funde a 192 C, sendo então usada como solda comum. Brilho Metálico: se polidos, os metais refletem muito bem a luz. Essa propriedade é fácil de ver, por exemplo, em bandejas e espelhos de prata. Alta condutividade térmica e elétrica: são propriedades que se devem aos elétrons livres que existem na ligação metálica. O movimento ordenado de elétrons possibilita a condução de eletricidade e sua agitação térmica permite a rápida propagação do calor através dos metais. A condução de calor é importante, por exemplo, no aquecimento de panelas domésticas e caldeiras industriais; a condução de eletricidade é fundamental nos fios elétricos usados nas residências, escritórios e indústrias. Altos pontos de fusão e ebulição: em geral, os metais fundem e fervem a temperaturas elevadas. Isso ocorre porque a ligação metálica é muito forte e segura os átomos unidos com muita intensidade (embora haja exceções, como mercúrio, césio, gálio, rubídio, potássio e sódio). Devido a essa propriedade e também à boa condutividade térmica, alguns metais são usados em radiadores, caldeiras, reatores industriais, etc. Maleabilidade: metais são muito maleáveis, ou seja, fáceis de transformar em lâminas ou chapas. O ouro é o metal mais maleável, que permite obter lâminas mais finas. Chapas metálicas são muito usadas na produção de automóveis, trens, navios, aviões, geladeiras, etc. Ductibilidade: metais são também muito dúcteis, isto é, fáceis de transformar em fios. O ouro também é o mais dúctil dos metais. Usados em fios elétricos, construções, concreto armado, etc.

5 Resistência à tração: os metais apresentam grande resistência à tração. Isto significa que, quando se tenta esticar um cabo ou uma barra metálica, eles suportam uma força muito grande, e só arrebentam se a força ultrapassar determinado valor. Essa propriedade permite sua utilização em cabos de elevadores e em construção civil, na mistura com o concreto, formando o concreto armado. Densidade elevada: os metais são, em geral, densos; isto resulta das estruturas compactas formadas pelos íons metálicos na ligação metálica. É importante que você perceba as diferenças fundamentais entre as ligações iônica e covalente. Na ligação iônica elétrons são transferidos, formando cátions e ânions que se unem compondo um retículo cristalino iônico. Nele, os íons se acham fortemente unidos, formando um composto sólido. Já na ligação covalente, os átomos não doam nem recebem elétrons, não ocorrendo a formação de íons. Os átomos se unem compartilhando elétrons e formando moléculas. A ligação iônica ocorrerá entre elementos com eletronegatividades muito diferentes, normalmente entre um metal e um não metal. A ligação covalente ocorrerá entre elementos com eletronegatividades próximas. Na ligação metálica a ligação ocorrerá entre metais. Substância Pontos de fusão e de ebulição Estado físico nas condições ambientes Conduz corrente elétrica no estado sólido? estado líquido? Iônica Altos Sólido Não Sim Molecular Baixos Sólido, líquido ou gasoso Não Não Metálica Altos Sólido* Sim Sim *Exceto Mercúrio (Hg), que é líquido

6 As substâncias metálicas conduzem corrente elétrica no estado sólido graças a seus elétrons livres. Quando passam para o estado líquido (isto é, são fundidas, derretidas) os elétrons continuam livres para conduzir corrente elétrica. Moléculas não possuem carga elétrica, ou seja, são eletricamente neutras. Assim, as substâncias moleculares não apresentam cargas livres, e, portanto, são incapazes de conduzir corrente elétrica. Íons são entidades possuidoras de carga elétrica, isto é, não são eletricamente neutros. Substâncias iônicas conduzem eletricidade no estado líquido, pois, nessas circunstâncias, os íons que as constituem não estão presos num retículo cristalino, mas livres para se movimentarem. No estado sólido, ao contrário, as substâncias iônicas não conduzem corrente elétrica, porque os íons não se encontram livres para se movimentarem. No estado sólido, esses íons estão presos no retículo cristalino.

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8 Disciplina: Química Prof.: Ivo Turma: IU 22/06/2017 Tema da aula: Ligações Metálicas 1. Classifique as seguintes afirmativas em verdadeiras ou falsas. a) Um pedaço de metal sólido é constituído por moléculas. b) Quando átomos de metal se unem por ligação metálica, eles passam a ficar com o octeto completo. c) Num retículo cristalino metálico os átomos podem estar unidos por ligações iônicas ou covalentes. d) Metais são bons condutores de corrente elétrica, pois apresentam elétrons livres. e) Metais são bons condutores de calor, pois apresentam elétrons livres. f) O aço é uma liga que apresenta alta resistência à tração, daí ser usado em cabos de elevador e construção civil. 2. A condutibilidade elétrica dos metais é explicada admitindo-se: a) ruptura de ligações iônicas. b) ruptura de ligações covalentes. c) existência de prótons livres. d) existência de elétrons livres. e) existência de nêutrons livres. 3. A ligação entre átomos de elementos de transição é: a) iônica. b) covalente. c) metálica. d) coordenada. 4. Os átomos de ferro contidos no aço diferem daqueles do cloreto ferro, para o mesmo isótopo, a) no número atômico. b) no número de nêutrons. c) na carga nuclear. d) no número de massa. e) no número de elétrons. 5. O cobre é um elemento químico muito importante para a nossa saúde evita a formação de coágulos, participa na fabricação de colágeno e ajuda a combater agentes que destroem as membranas e o DNA das células. Ele é encontrado nos seguintes alimentos: fígado, mariscos, grão-de-bico, feijão branco, lentilha e oleaginosas. Com relação a esse metal, assinale o correto. a) Em seu estado fundamental possui um elétron no subnível 4p 1. b) É comum a formação da molécula CuO. c) Entra na composição do ouro 18 quilates. d) É um mau condutor de calor. 6. Qualquer metal pode ser definido como um elemento químico composto de átomos com r metálico, que apresenta boa condutividade elétrica e calorífica. Relacione as aplicações de átomos metálicos, apresentadas na COLUNA A, aos metais a elas correspondentes, listados na COLUNA B. COLUNA A 1. Fiação elétrica 2. Termômetros 3. Filamentos de lâmpadas incandescentes 4. Joias e espelhos 5. Camada protetora sobre peças de ferro COLUNA B ( ) tungstênio ( ) estanho ( ) cobre ( ) mercúrio ( ) prata Assinale a alternativa que preenche corretamente os parênteses, de cima para baixo. a) b) c) d) e) Estudos atribuem o naufrágio do Titanic ao emprego equivocado de rebites na fixação das chapas de ferro do casco. Os tais rebites eram feitos de ferro e não de uma liga apropriada. Sobre ligas, assinale o correto. a) Ligas metálicas são materiais que contêm dois ou mais elementos químicos, sendo que todos eles são, obrigatoriamente, metais. b) O emprego das ligas é vantajoso porque elas apresentam propriedades físicas definidas, tendo pontos de fusão e ebulição constantes. c) As ligas obedecem, rigorosamente, à lei de Proust, por terem uma estrutura cristalina bem definida, o que lhes garante maior resistência à corrosão. d) Amálgama é o nome particular dado a uma liga de mercúrio e outro metal, ainda hoje usada em restaurações dentárias. 8. Constituída por ferro fundido, a bigorna é uma ferramenta usada pelos ferreiros artesanais para amoldar ferramentas pré-fundidas ou aquecidas até atingir o nível de calor denominado rubro, no qual o metal pode ser moldado através de pancadas fortes e constantes. Nos metais, essa propriedade se deve: I. ao deslizamento de camadas dos átomos do metal. II. à aproximação dos átomos na estrutura causada pelo aquecimento. III. à proximidade da mudança de estado para o líquido. Está correto o que se afirma SOMENTE em: I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III. 9. Com o auxílio da tabela periódica, julgue os itens a seguir em certos ou errados. I. De acordo com o modelo atômico de Dalton, uma lâmina de aço, ao ser infinitamente dividida, produz elétrons, nêutrons e prótons. II. O estanho apresenta dois elétrons na sua camada de valência.

9 III. Na formação do metal utilizado na fabricação de latas, a estabilidade das ligações entre os átomos de ferro pode ser explicada pela teoria do octeto. IV. Maleabilidade é uma propriedade fundamental dos metais, que justifica a sua aplicação na confecção de embalagens. 10. Nenhuma teoria convencional de ligação química é capaz de justificar as propriedades dos compostos metálicos. Investigações indicam que os sólidos metálicos são compostos de um arranjo regular de íons positivos, no qual os elétrons das ligações estão apenas parcialmente localizados. Isso significa dizer que se tem um arranjo de íons metálicos distribuídos em um mar de elétrons móveis. Com base nessas informações, é correto afirmar que os metais, geralmente: a) têm elevada condutividade elétrica e baixa condutividade térmica. b) são solúveis em solventes apolares e possuem baixas condutividade térmica e elétrica. c) são insolúveis em água e possuem baixa condutividade elétrica. d) conduzem com facilidade a corrente elétrica e são solúveis em água. e) possuem elevadas condutividades elétrica e térmica. 11. O ouro (Au) e o iodo (I2) são substâncias sólidas nas condições ambientes. Comparando o tipo de ligação química existente em cada uma, é possível prever qual apresenta maior ponto de fusão. Diga qual é e explique como chegou a esta conclusão. 12. Comparando as substâncias de fórmulas HBr e KBr, é possível prever qual apresenta maior ponto de fusão. Diga qual é e explique como chegou a esta conclusão. 13. A elaboração de modelos permite correlacionar as estruturas eletrônicas e as propriedades das substâncias. Nesse sentido, analise as afirmações a seguir. I. Gás cloro: substância molecular; ponto de ebulição baixo; formada por ligação covalente. II. Cloreto de sódio: substância metálica; ponto de fusão alto; formada por ligação metálica. III. Dióxido de carbono: substância covalente; ponto de ebulição alto; formada por ligação covalente. IV. Magnésio metálico: substância metálica; ponto de fusão alto; formada por ligação metálica. V. Cloreto de magnésio: substância iônica; ponto de fusão alto; formada por ligação iônica. As afirmações corretas são: a) I II III b) I IV V c) II III IV d) III IV - V 14. O bócio é uma doença ocasionada pelo aumento da glândula tireoide e está associada diretamente à falta de iodo (na forma de iodeto) na alimentação. Para reduzir os casos da doença é adicionado iodeto de sódio (NaI) ou iodeto de potássio (KI) ao sal de cozinha. O tipo de ligação química observada entre os átomos nesses dois compostos é: a) iônica. b) covalente. c) metálica. d) ponte de hidrogênio. e) força de van der walls. 15. Os compostos SiH4, PH3, CS2 e SO3 possuem uma característica em comum. Assinale a opção que identifica esta característica. a) Brilho metálico. b) Elevado ponto de ebulição. c) Capacidade de conduzir eletricidade. d) Elevada dureza. e) Baixo ponto de fusão. 16. Entre as substâncias simples puras constituídas por átomos de S, As, Cd, I e Br, a que deve conduzir melhor a corrente elétrica é a substância: a) enxofre. b) arsênio. c) cádmio. d) iodo. e) bromo. 17. Assinale a alternativa que apresenta somente materiais bons condutores de eletricidade, quando no estado sólido. a) Grafite, alumínio e borracha natural. b) Zinco, plástico e cobre. c) Isopor, sal de cozinha e vidro. d) Papel, couro e prata. e) Ferro, bronze e latão. 18. Nas substâncias CO2, CaO, C e CsF, os tipos de ligações químicas predominantes são, respectivamente, a) covalente, iônica, covalente e iônica. b) covalente, covalente, metálica e iônica. c) iônica, covalente, covalente e covalente. d) iônica, iônica, metáica e covalente. e) covalente, covalente, covalente e iônica. 19. O cálcio é responsável pelo fortalecimento das raízes, das paredes celulares e mantém o equilíbrio iônico nas membranas celulares dos vegetais. Sobre o elemento químico cálcio, assinale a alternativa cuja afirmação seja INCORRETA. a) Apresenta dois elétrons de valência. b) Apresenta o maior raio atômico em relação aos elementos do mesmo período. c) Ao se ligar a elementos do grupo dos halogênios (X), apresenta um composto de fórmula geral CaX2. d)forma substância simples que apresenta boa condutividade elétrica.

10 20. Escreva as fórmulas das substâncias estáveis, nas CNTP, formadas apenas pelos elementos 23 11A 34 17D e 20 10E, especificando os tipos de ligações químicas envolvidas. Obs: CNTP = condições normais de temperatura e pressão, normatizadas como 0 C e 1 atm (pressão média do ar ao nível do mar).