A ligação metálica
Numa casa portuguesa, os fios elétricos são de cobre, os tachos da cozinha tradicional também, e as peças de filigrana de Gondomar são feitas de fios de ouro finíssimos. Porque é que são sempre metais? Nem o sal de cozinha nem o açúcar servem para nada disto. A resposta está na forma como os átomos de um metal se ligam entre si.
O modelo da ligação metálica
Os átomos dos metais têm poucos eletrões de valência (1, 2 ou 3) e perdem-nos com facilidade. Num pedaço de metal, cada átomo cede os seus eletrões de valência e transforma-se num catião.
Esses eletrões já não pertencem a nenhum átomo em particular: ficam deslocalizados e movem-se livremente por todo o metal. Os catiões ocupam posições fixas e organizam-se de forma regular.
O que une tudo é a atração entre cargas de sinais contrários: catiões positivos e eletrões negativos. A nuvem funciona como uma «cola» elétrica que envolve todos os catiões.
Condutibilidade elétrica e térmica
Um fio de cobre ligado a uma pilha deixa passar corrente elétrica. Os eletrões da nuvem já estão livres, por isso, quando se liga o fio, deslocam-se ordenadamente do polo negativo para o polo positivo da pilha. Os catiões ficam no seu lugar.
Num sólido iónico os iões estão presos na rede cristalina e não se podem mover, por isso não conduz no estado sólido. Num metal há partículas carregadas livres, mesmo no estado sólido.
A nuvem eletrónica também transporta energia: os eletrões mais agitados, na zona aquecida, passam essa energia aos vizinhos. É por isso que um tacho de cobre ou de alumínio aquece depressa e por igual: os metais são bons condutores térmicos.
A figura representa o modelo da ligação metálica num fio de cobre: os iões positivos (catiões) ocupam posições fixas e os eletrões de valência movem-se livremente entre…
A figura representa o modelo da ligação metálica num fio de cobre: os iões positivos (catiões) ocupam posições fixas e os eletrões de valência movem-se livremente entre eles, formando uma «nuvem eletrónica», também chamada «mar de eletrões».
- a) Quando o fio é ligado aos polos de uma pilha, estabelece-se uma corrente elétrica. Que partículas se deslocam ordenadamente ao longo do fio e em que sentido se movem em relação aos polos da pilha?
- b) Usa o modelo para explicar por que razão os metais são bons condutores de corrente elétrica mesmo no estado sólido, ao contrário dos sólidos iónicos.
- c) Os metais também conduzem bem o calor. Relaciona esta propriedade com a liberdade de movimento dos eletrões na «nuvem eletrónica».
- d) Um fio de cobre pode ser dobrado e esticado sem partir, enquanto um cristal de sal se parte quando é martelado. Explica esta diferença com base nos modelos das duas ligações.
Maleabilidade, ductilidade e brilho
Se bates num pedaço de metal com um martelo, os catiões deslizam uns sobre os outros, mas a nuvem eletrónica continua a envolvê-los e a mantê-los unidos. O metal deforma-se sem partir.
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Maleabilidade: capacidade de ser transformado em lâminas (como a folha de alumínio).
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Ductilidade: capacidade de ser esticado em fios (como o fio de cobre).
Num cristal iónico, ao deslocar a rede, ficam lado a lado iões com a mesma carga, que se repelem, e o cristal parte-se. Por isso os sólidos iónicos são quebradiços.
Os eletrões livres também interagem com a luz e refletem-na, o que dá aos metais o seu brilho característico.
| Propriedade | Explicação pelo modelo |
|---|---|
| Condutibilidade elétrica | eletrões livres deslocam-se ordenadamente |
| Condutibilidade térmica | a nuvem transporta energia |
| Maleabilidade e ductilidade | catiões deslizam, a nuvem mantém-nos unidos |
| Brilho | eletrões livres refletem a luz |
Observa três situações do quotidiano: os fios elétricos das instalações das casas (de cobre), os tachos usados nas cozinhas tradicionais portuguesas (de cobre ou de…
Observa três situações do quotidiano: os fios elétricos das instalações das casas (de cobre), os tachos usados nas cozinhas tradicionais portuguesas (de cobre ou de alumínio) e as peças de filigrana da ourivesaria de Gondomar (de ouro ou de prata).
- a) Indica a propriedade dos metais que justifica o uso do cobre nos fios elétricos.
- b) Explica por que razão os tachos são feitos de metal e não de um sólido iónico ou de uma substância molecular, relacionando a resposta com a condução do calor.
- c) As peças de filigrana são feitas com fios de ouro muito finos, enrolados e soldados. Que propriedades dos metais tornam possível este trabalho?
- d) O ouro e a prata mantêm o aspeto lustroso durante muitos anos. Indica a propriedade característica dos metais aqui evidenciada.
Vê agora o gancho do início: os fios elétricos são de cobre (bom condutor elétrico e dúctil), os tachos são de cobre ou alumínio (bons condutores térmicos) e a filigrana usa ouro e prata (dúcteis, maleáveis e brilhantes). Tudo se explica pela nuvem de eletrões.
Em resumo
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Num metal, os átomos cedem os eletrões de valência e tornam-se catiões em posições fixas.
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Os eletrões ficam deslocalizados e formam uma nuvem eletrónica que mantém os catiões unidos: é a ligação metálica.
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Os eletrões livres explicam a condutibilidade elétrica (mesmo no estado sólido) e térmica.
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Os catiões deslizam sem que a nuvem se desfaça: daí a maleabilidade e a ductilidade.
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Os eletrões livres refletem a luz: daí o brilho.