Quais as propriedades físicas dos metais podem ser explicadas pelo movimento de elétrons livres?

Propriedades físicas dos metais e não metais

Os metais possuem muitas propriedades características próprias, que fazem com que eles tenham uma vasta aplicação no nosso dia-a-dia. Essas propriedades estão relacionadas com o tipo de estrutura e do tipo de ligação que existe nos metais.

Os metais apresentam uma boa condutividade térmica e elétrica, pois possuem na sua estrutura eletrões livres responsáveis pela ligação metálica. É por este motivo que os metais são bons condutores de calor e temperatura. Esta propriedade dos metais é muito útil nas nossas vidas, como por exemplo, para aquecer uma panela de ferro ou conduzir a eletricidade até às nossas casas.

Os metais são muito resistentes quando são sujeitos a forças, mas mesmo assim podem ser moldados ou trabalhados com alguma facilidade. Estas propriedades têm a ver com o facto de a ligação metálica ser muito forte, ou seja, mantém os átomos bem unidos, mas por outro lado, permite que eles deslizem uns sobre os outros (camada sobre camada) permitindo que se tornem moldáveis sem perder a resistência.

Os pontos de fusão e de ebulição dos metais são elevados porque, como a ligação metálica é muito forte, os átomos estão bem unidos, sendo necessária muita energia para quebrar estas ligações. Esta pro priedade é muito útil, pois é graças a ela que podemos construir caldeiras, reatores ou resistências elétricas, onde ocorrem aquecimentos muito intensos.

As propriedades características dos metais são explicadas pela existência de ligações metálicas entre os seus átomos baseadas numa estrutura com eletrões livres.

Propriedades físicas dos metais:

Os semimetais apresentam propriedades intermédias entre as dos metais e as dos não metais. Têm o aspeto e algumas propriedades físicas dos metais, mas comportam-se quimicamente como os não metais.

Propriedades físicas dos não metais:

Os não metais por sua vez apresentam propriedades quase opostas aos metais, pois não possuem ligações químicas do mesmo tipo.

Assim, os não metais:

Podes consultar também:

Propriedades químicas metais

Metais alcalinos

Exercícios resolvidos: Experimenta!

(Cefet-PR) Analise as afirmações a seguir:

I – O metal X é leve, sofre pouca corrosão e é bastante utilizado na construção civil (portões, esquadrias) e na fabricação de aeronaves (ligas leves);

II – O metal Y forma com o estanho uma liga denominada bronze, muito utilizada na fabricação de monumentos;

III – O metal Z de elevado ponto de fusão é frequentemente utilizado em filamentos de lâmpadas incandescentes.

Tais metais são, na ordem:

a) Estanho, cromo, platina.

b) Zinco, tungstênio, chumbo.

c) Cobre, estanho, ouro.

d) Alumínio, cobre, tungstênio.

e) Estanho, alumínio, cobre.

Os átomos dos metais se unem originando os denominados retículos ou reticulados cristalinos, que são redes ou grades nos quais cada átomo do metal está circundado por 8 a 12 outros átomos do mesmo elemento, sendo, portanto, as atrações iguais em todas as direções.

A seguir temos os reticulados unitários mais comuns e os exemplos dos metais que se apresentam nessas formas:

Na realidade, cada reticulado cristalino dos metais é formado por milhões e milhões de átomos. Essa estrutura explica duas propriedades características dos metais, que são:

• Maleabilidade: Capacidade de reduzir os metais a chapas e lâminas finas. Isso é feito por meio de pressão, martelando-se o metal aquecido ou passando-o entre cilindros laminadores.

Em virtude de sua estrutura, os átomos dos metais podem como que “escorregar” uns sobre os outros, explicando essa característica que é muito importante, afinal de contas é dessa forma que se fabricam peças para veículos, aviões, trens, navios, geladeiras, lâminas para peças de decoração, bandeijas, estatuetas, etc.

• Ductilidade: Capacidade de transformar os metais em fios. Dois exemplos de sua aplicação são os fios de cobre usados em fios elétricos e a utilização de arames.

A sua fabricação é conseguida “puxando” o metal aquecido através de furos cada vez menores. A explicação para isso é semelhante à da maleabilidade, onde se aplica uma pressão adequada em determinada região da superfície do metal, provocando um delizamento das camadas dos átomos:

Mas, o que faz com que esses metais permaneçam unidos em um reticulado?

Bom, para explicar isso existe a denominada “Teoria da nuvem eletrônica” ou“Teoria do mar de elétrons”. Segundo essa teoria, os metais ficam unidos em razão da existência de uma quantidade muito grande de elétrons livres.

Os metais possuem normalmente poucos elétrons na sua camada de valência. Além disso, essa camada costuma ficar bastante distante do núcleo, portanto, os elétrons ficam pouco atraídos a ele, o que facilita que esses elétrons da última camada  se deslocalizem, ou seja, tornem-se elétrons livres que transitam entre os átomos do reticulado. Os átomos que perdem os elétrons se tornam cátions, mas eles podem logo receber elétrons e voltar a se tornar átomos neutros.

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Esse processo continua indefinidamente e, com isso, o metal se torna um aglomerado de átomos neutros e cátions mergulhados em uma nuvem ou mar de elétrons livres. É exatamente essa nuvem que mantém os metais unidos, formando a ligação metálica.

Essa teoria explica outras características e propriedades dos metais:

• Condutividade elétrica e térmica bastante elevadas: A capacidade de conduzir bem o calor e a eletricidade se deve à presença dos elétrons livres, que permite a transmição rápida de calor e eletricidade através do metal.

Abaixo temos uma figura onde, na parte A, mostra que os elétronslivres podem se mover rapidamente em resposta a campos elétricos, portanto, os metais são bons condutores de eletricidade. Já na parte B, podemos ver que os elétrons livres podem transmitir energia cinética rápida, daí os metais são bons condutores de calor.

• Pontos de fusão e ebulição elevados: A ligação metálica é muito forte, a nuvem de elétrons deslocalizados “segura” os átomos unidos uns aos outros com maior intensidade, com isso é necessária a aplicação de uma maior quantidade de energia para romper suas ligações e fazer com que o metal mude de estado físico;
• Resistência à tração: A grande força da ligação metálica, que mantém os átomos unidos (como explicado no item anterior), faz com que eles se tornem bastante resistentes à tração, sendo usados em cabos de elevadores, de veículos suspensos, e em pontes, edifícios e outras construções, vergalhões de aço são colocados dentro de estruturas de concreto, gerando o concreto armado.

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