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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Ligação Iônica

Revisado em 01/07/2020

Ligação Iônica

A ligação iônica é o tipo de ligação em que um dos átomos transfere, ou entrega o elétron definitivamente para outro átomo. A ligação ocorre entre um elemento químico metálico, o que cede o elétron e um não metálico, o que recebe o elétron. A diferença da eletronegatividade entre os dois átomos participantes é muito grande e o composto formado a partir da união dos dois elementos químicos é iônico. Os compostos formados por ligações iônicas se apresentam na forma cristalina, e suas estruturas se apresentam com arranjos geométricos bem definidos. 

Outras Características dos Compostos Iônicos

Além disso a força eletrostática aproximam tanto os elementos químicos um do outro que o arranjo sólido formado não permite a mobilidade entre os íons da estrutura. Por isso, essas substâncias possuem pontos de fusão e ebulição altos.
São altamente polares, facilmente dissolvidos em água, porém há muitos sais que não se dissolvem na água.

Íons Livres

Ocorre a formação de íons livres quando esses sais são dissolvidos na água.

Além disso, esses compostos apresentam boa condutibilidade elétrica quando em solução aquosa.

Exemplos de Alguns Compostos Iônicos

                

A tabela abaixo mostra a solubilidade desses compostos em água.











Digo carbonato de cálcio CaCO3

Compostos iônicos muito solúveis na água

O Cloreto de potássio (KCl)  é  muito solúvel em água pode dissolver até  36 x 103 g/ 100 g H2O.

Compostos Iônicos Parcialmente Solúveis em Água

Observe a Tabela abaixo        

Carbonato de estrôncio	SrCO3	Quase insolúvel na água
Cloreto de prata	AgCl	Quase insolúvel na água
Sulfato de cálcio	CaSO4	Quase insolúvel na água	6,8 . 10-3 g/100 g H2O
Carbonato de cálcio	CaCO3	Quase insolúvel na água	1,3 . 10-3 g/100g H2O

              

A reação de formação do sal de cozinha (NaCl)

Relembrando.

         

Devemos ter em mente que todos os átomos que terminam com um, dois, três elétrons na última camada da distribuição eletrônica que é a camada de valência eles perdem esses elétrons.

Os átomos que terminam com cinco,seis e sete elétrons na camada de valência que é a última camada da distribuição eletrônica,eles ganham elétrons


Distribuição dos elétrons do átomo de sódio.

        

 Átomo de sódio

      

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do sódio  nos respectivos orbitais e a sua valência.

Primeiramente vamos conhecer a valência de seu cátion e de seu ânion, fazendo a distribuição eletrônica de ambos.

O cátion sódio (Na) é monovalente possui um elétron na camada de valência, portanto pode "doar" esse elétron.

Distribuição Eletrônica do Ânion Cloro

para fazermos as ligações iônicas devemos primeiramente saber como os elétrons dos átomos ligantes estão distribuídos, especialmente daqueles elétrons da última camada da distribuição eletrônica do átomo em questão.

                        

Átomo de Cloro

            

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do cloro  nos respectivos orbitais e a sua valência.

Distribuindo os elétrons do íon cloro chegamos ao conhecimento da valência do cloro.

O ânion cloro é monovalente, possui sete elétrons na camada de valência, portanto pode receber um elétron, para completar oito elétrons na camada de valência (teoria do octeto).

Conhecendo a valência de cada átomo, passamos para a ligação química dos mesmos através de suas cargas.

Utilizando a formula eletrônica ou de Lewis para melhor exemplificar.

Formação do sal cloreto de sódio.

A reação de formação do sal cloreto de magnésio (MgCl2).

          

Distribuição dos elétrons do átomo de Magnésio

Átomo do magnésio

          

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do magnésio nos respectivos orbitais e a sua valência.

Distribuição dos elétrons do átomo de Cloro.

         

Átomo de Cloro

           

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do cloro  nos respectivos orbitais e a sua valência.

Formação do Cloreto de Magnésio (MgCl2)

           

O cátion magnésio é bivalente, se combina com dois ânions cloro monovalentes.

Como o magnésio tem dois elétrons para ser cedido e o cloro necessita de apenas um elétron, então na formação do cloreto de magnésio entra dois átomos de cloro para um átomo de magnésio.

A reação de formação do sal fluoreto de alumínio  (AlF3).

Distribuição dos elétrons do átomo de alumínio.

Átomo de Alumínio

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do alumínio  nos respectivos orbitais e a sua valência.

 

Para conhecermos a valência do cátion alumínio e do ânion flúor, fazemos a distribuição eletrônica de ambos.

Átomo de Flúor

         

Distribuição dos elétrons do átomo de flúor.

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do átomo de flúor nos respectivos orbitais e a sua valência.

O ânion flúor é monovalente, para equilibrar as cargas positiva e negativa são necessários três átomos de flúor para um alumínio. Vejamos esse equilíbrio passo a passo.

O cátion alumínio é trivalente.

            

Formação do Fluoreto de Alumínio

O AlF3 é um composto que pode aparecer na natureza, mas também é preparado sinteticamente. Uma das formas que o fluoreto de alumínio pode ser produzido é na preparação do alumínio, quando se adiciona o ácido hexafluorsilícico à bauxita, o resultado da reação é a geração do fluoreto de alumínio, óxido de silício e água. Preparado na forma de cristal sólido, é insolúvel em água, dissolve-se somente em solvente orgânico,  na forma cristalizada é usado como coadjuvante de fusão na eletrólise do alumínio.Também é empregado na esmaltagem de cerâmicas, ajudando a derreter o esmalte, usado para recobrir as peças.

A formação do óxido de lítio.

Átomo de Lítio

Fazendo a distribuição eletrônica do átomo de lítio, sabemos que na sua camada de valência há um elétron disponível.

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do átomo de lítio nos seus respectivos orbitais e a sua valência.

Átomo de Oxigênio

Abaixo a representação da distribuição dos elétrons do átomo de oxigênio nos seus respectivos orbitais e a sua valência..

Fazendo a distribuição eletrônica do átomo de oxigênio, ficamos sabendo que esse átomo possui dois orbitais semi-preenchidos e portanto necessita de dois elétrons para preenche-los.

Formação do Óxido de Lítio

Juntando um átomo de lítio monovalente, com um átomo de oxigênio bivalente, temos uma formação incompleta.

Juntando dois átomos de lítio monovalentes, com um átomo de oxigênio bivalente, temos uma formação completa do composto final.

O Óxido de Lítio e Suas Aplicações

O óxido de lítio (Li2O) é um composto inorgânico que pode ser formado na combustão do lítio metálico que se  combina com o oxigênio do ar. Também pode ser produzido a partir da decomposição térmica do peróxido de lítio (Li2O2). Tem a sua aplicação na produção de vidro e também na cerâmica vitrificada.
Tem o seu uso na produção de espumas cerâmicas.

No andamento do processo da produção de vidro é adicionado o Li2O que diminui a temperatura de fusão do material que é de aproximadamente 1700 ºC para aproximadamente 1000ºC de temperatura, o que favorece a obtenção de vidro líquido a uma temperatura mais baixa com um clareamento maior desse produto final. 

A aplicabilidade se estende na produção de cerâmicas, com elevada porosidade que são usadas para isolamento térmico, ou que servem como filtros para metais fundidos. Essas espumas celulares tem a sua utilidade também integrada no complexo dos motores a diesel, no suporte de certos catalisadores e mais recentemente tem ainda o seu uso na área eletrônica e biomédica.

O óxido de lítio reage com o cobre e forma o pigmento de cor azul, e ao se juntar com o cobalto forma o pigmento de cor rosa.

Na Produção de uma base alcalina, o óxido de lítio reage com vapor de água formando hidróxido de lítio (LiOH) (o óxido de lítio deve ser armazenado em ambiente  seco). 


A formação do sulfeto de alumínio.

Átomo de Enxofre

Fazendo a distribuição eletrônica do átomo de enxofre para conhecermos a sua camada de valência e a disposição dos elétrons dessa camada.

O átomo de enxofre possui seis elétrons na sua camada de valência portanto tem dois orbitais com apenas um elétron cada, necessita de mais dois elétrons para completar esses dois orbitais que estão semi-preenchidos.

Um átomo de alumínio com três elétrons na sua camada de valência, combinando com um átomo de enxofre, que necessita de apenas dois elétrons para completar seus orbitais, resulta na forma incompleta do composto. 

Então, dois átomos de alumínio com três elétrons disponíveis cada, combinando com três átomos de enxofre necessitando de dois elétrons cada, resulta na forma completa do composto final, sulfeto de alumínio.

                              Questões

1)  Sobre ligação iônica podemos dizer que é o tipo de ligação em que:

a)  os átomos compartilham, ou usam emprestado o par de elétrons entre si.

b)  um dos átomos transfere, pares de elétrons definitivamente para outro átomo.

c) os átomos participantes usam o elétron em comum, temporariamente.

d)  os átomos se ligam entre si, por pontes de hidrogênio formando ligações fortes.

e)  um dos átomos transfere, ou entrega o elétron definitivamente para outro átomo.

               

2) A diferença da eletronegatividade entre os dois átomos participantes da ligação iônica é:

a) muito grande e o composto formado a partir da união dos dois elementos químicos é iônico.

b) muito pequena e o composto formado a partir da união dos dois elementos químicos é covalente molecular normal.

c) não existe e o composto formado a partir da união dos dois elementos químicos são formados unidos por ligações covalentes dativas.

d) muito extensa e o composto formado a partir da união dos demais elementos químicos é iônico.

e) equivalente e o composto formado a partir da união dos dois elementos químicos é insolúvel.

                

3) . A ligação iônica ocorre entre um elemento químico:

a)  gasoso, o que cede o elétron e o não gasoso o que recebe o elétron.

b)  não metálico, o que cede o elétron e o metálico o que recebe o elétron.

c)  metálico, o que recebe o elétron e o não metálico o que cede o elétron.

d)  do grupo dos haletos, o que cede o elétron e o do grupo dos calcogênios o que recebe o elétron.

e)  metálico, o que cede o elétron e um não metálico o que recebe o elétron.

              

4) Observe a estrutura cristalina abaixo: 
        

Essa  estrutura representa ligações do tipo:  
           

a) covalente molecular normal.

b) iônica. 

c) metálica.

d) covalente dativa.

e) por pontes de hidrogênio. 

5) Como exemplo de compostos iônicos solúveis em água temos: 

a) Cloreto de sódio, cloreto de magnésio, carbonato de bário. 
b) brometo de sódio, sulfato de magnésio, cloreto de sódio. 
c) carbonato de bário, carbonato de cálcio, sulfato de cálcio.
d) óxido de magnésio, sulfato de cálcio, cloreto de prata.
e) cloreto de sódio, cloreto de potássio, carbonato de bário.

   Bibliografia

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Cerâmica - Li2O-ZrO2-SiO2 -Al2O3 glass-ceramic foams producesd ...

Espumas vítreas do sistema Li2O-ZrO2-SiO2-Al2O3 produzidas ...
www.scielo.br/pdf/ce/v55n334/07.pdf

Francisco Miragaia Peruzzo, Eduardo Leite do Canto. Química na Abordagem do cotidiano. Química geral e Inorgânica. Tito & Canto. Volume 1 2ª Edição Editora Moderna 1999.

Pequis - Wildson Luiz Pereira dos Santos, Gerson de Souza Mól, Siland Meiry França Dib, Roseli Takako Matsunaga, Sandra Maria de Oliveira Santos, Eliane Nilvana F. de Castro, Gentil de Souza Silva, Salvia Barbosa Farias. Química Cidadã, Ensino Médio, 1ª Edição, Editora Nova Geração. São Paulo 2010.

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Victor A. Nehmi Química, Química Geral e Atomística. Volume 1, 5ª Edição Editora Ática 1995.

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