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Ligação Química entre metais e suas características Professora Fernanda – Química e-mail: [email protected]

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4º ATIVIDADE DE QUÍMICA – 3ºBIMESTRE – 2º EM – TEXTO DE APOIO

A atividade inicia-se com a leitura do texto “Ligação Química entre metais e suas características”.

Como auxilio podem assistir aos vídeos:

https://www.stoodi.com.br/materias/quimica/ligacoes-quimicas/ligacao-metalica-modelo-mar-de-eletrons/ https://www.youtube.com/watch?v=5Qjt7yD-xyo https://www.youtube.com/watch?v=bAyxWCI8DzM

https://www.youtube.com/watch?v=ZFnEdCpEU6E https://www.youtube.com/watch?v=dl6QaSLGsJ0 https://www.youtube.com/watch?v=pqOdde6ifCU https://www.youtube.com/watch?v=g1jPwDQ66RQ

Ligação Química entre metais e suas características

2º Ensino Médio


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Em Química um metal (do grego antigo µέταλλον, métalon). Os metais são um grupo de elementos que possuem características semelhantes entre si, no que diz respeito à sua composição química e propriedades físicas. São encontrados em toda a natureza. O domínio das técnicas para o uso dos metais foi um elemento essencial no desenvolvimento da humanidade.

Podemos pensar na cunhagem de moedas, um sistema de troca de valores que modificou as relações comerciais. A troca de metais valiosos, como o ouro e a prata, por altos valores monetários, o uso de metais na eletrônica e nas redes de energia elétrica, a forja de espadas e armas de fogo: os metais são materiais extremamente versáteis, necessários em vários campos da tecnologia e da economia na sociedade.

Além disto, os metais estão presentes no organismo humano e são necessários para a manutenção da vida. A ausência de ferro no organismo pode causar uma anemia grave, assim como a ausência de cálcio pode causar osteoporose. Há, ainda, os metais essenciais para o sistema nervoso, como o sódio e o potássio.

Ligação Metálica: É a ligação que ocorre entre átomos de metais. Devido à elevada eletropositividade dos metais, quando seus átomos se aproximam, ocorre, em cada átomo, um afastamento dos elétrons da camada de valência.

Conceito: É a ligação que se estabelece através de uma nuvem de elétrons entre os átomos. Ocorrência: De um modo geral ocorre entre metais de mesmo elemento químico. Exemplos: Fe(s), Al(s), Au(s), Ag(s). São poucos os metais que se encontram no estado natural livre ou nativo. Apenas os metais nobres como ouro, cobre, mercúrio, prata e os elementos da família da platina como o rutênio, ródio, ósmio, irídio e platina ocorrem livres na natureza. O ferro ocorre livre somente nos meteoritos. Os restantes se encontram na forma de óxidos, sulfetos, carbonatos, sulfatos, silicatos, fosfatos, nitratos e haletos.

Em outras palavras, os metais são formados por um aglomerado de íons cátions

mergulhados em uma nuvem ou “mar” de elétrons. A movimentação desses elétrons livres explica a condutividade elétrica e térmica característica dos metais. Quando aquecemos uma barra de metal, promovemos a agitação entre os átomos que as formam, fazendo com que os elétrons aumentem suas oscilações e a energia se propague aos átomos mais internos. Isso acontece porque os elétrons livres se chocam com os átomos mais velozes e aceleram os mais


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lentos, servindo como meio de propagação de calor. Logo, a condutibilidade (elétrica ou térmica), própria dos metais, depende do número de elétrons livres no cristal.

Propriedades físicas dos 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 elétrons 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 propriedade é muito útil, pois é graças a ela que podemos construir caldeiras, reatores ou resistências elétricas, onde ocorrem aquecimentos muito intensos. Propriedades químicas dos metais

Os metais são um grupo de elementos químicos que possuem, dentre outras características, um átomo que possui pouca força de atração com os elétrons da última camada. Em outras palavras, são elementos que possuem elétrons livres nas camadas de valência. Ao manter estes elétrons livres, os metais tornam possível que sejam realizadas ligações iônicas com outros materiais. Por este motivo os metais são bons condutores de energia elétrica e de energia térmica.

Em um sólido metálico, os átomos estão agrupados geometricamente ordenados, por células unitárias que se repetem ao longo da cadeia, formando um retículo cristalino. Os elétrons mais externos de um átomo, por estarem longe do núcleo, movimentam-se livremente, formando uma nuvem eletrônica dentro do retículo. A ligação metálica é o resultado da interação entre esses elétrons livres e os cátions fixos, ou seja, um aglomerado de cátions mergulhados em um mar de elétrons.

Os metais nobres são bastante oxidativos, principalmente na presença de um metal não nobre, sofrendo o processo de oxidação. Do ponto de vista da estrutura atômica, os metais possuem uma estrutura denominada como Cristalina.

As ligações metálicas, muito diferentes das iônicas e covalentes, NÃO têm representação eletrônica e sua representação estrutural depende de um conhecimento dos retículos cristalinos. Os metais em geral, são representados por seus símbolos sem indicação da quantidade de átomos envolvidos, que é muito grande e indeterminada.

MODELO DO “MAR DE ELÉTRONS” Os átomos perdem seus elétrons externos e estes passam a formar um “mar” em que

estariam mergulhados os cátions. Devido ás atrações exercida pelos cátions, “mar de elétrons”, estaria confinado na

estrutura metálica. Ao mesmo tempo estaria suficientemente livre para fluir em alguma direção, criando assim uma corrente elétrica. Dessa forma estaria explicada a CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DOS METAIS.

Polo

‒

Polo

+


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Fio condutor O “mar de elétrons”, fluindo de forma organizada, constitui a corrente elétrica.

Corrente elétrica: A corrente elétrica é o fluxo ordenado de cargas elétricas, que se move de forma orientada em um condutor elétrico sólido ou em soluções iônicas. Designa o movimento ordenado de cargas elétricas (partículas eletrizadas chamadas de íons ou elétrons) dentro de um sistema condutor.

PROPRIEDADES DOS METAIS Brilho característico: Quando polidos, os metais refletem muito bem a luz. Essa propriedade é fácil de ver, por exemplo: em bandejas e espelhos de prata. O brilho é a relação entre a quantidade de luz incidente e a quantidade de luz refletida. O brilho ocorre porque os metais possuem elétrons livres na superfície, que absorvem e refletem a luz. Alta condutividade térmica e elétrica: São propriedades que se devem aos elétrons livres. O movimento ordenado desses elétrons constitui a corrente elétrica e sua agitação permite a rápida propagação do calor através dos metais. Condutividade Elétrica: É a grandeza que exprime a capacidade de um mineral que transmitir a corrente elétrica. O caráter direcional desta condutividade é de grande importância na fabricação. O grau de condutividade varia grandemente de acordo com a direção cristalográfica. Condutividade Térmica: É a habilidade do mineral em conduzir calor. Ela é uma propriedade vetorial e depende da estrutura interna do cristal. A condutividade térmica é uma característica específica de cada material, e depende fortemente da temperatura e da pureza do material (especialmente sob baixas temperaturas). Em geral, os materiais tornam-se mais condutores de calor com o aumento da temperatura. Todos os sistemas, fora o sistema cúbico, são anisotrópicos, ou seja: o calor propaga-se com maior velocidade numa direção e menor velocidade em outra. Altos pontos de fusão e ebulição: Isso se explica pelo alto grau de união entre os átomos em consequência da existência do “mar de elétrons”. Devido a essa propriedade e também a boa condutividade térmica, alguns metais são usados em panela e radiadores de automóveis. Maleabilidade: Os metais são muito maleáveis, ou seja, fáceis de ser transformados em lâminas. O metal mais maleável ó o ouro, permitindo-se obter as lâminas mais finas.


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Ductibilidade: Os metais são muito dúcteis, isto e, fáceis de ser transformados em fios. O ouro é o mais dúctil dos metais permitindo que se obtenham fios finíssimos (1g fornece 2000m de fio!!!). Resistência à tração: O ferro (sob forma de aço) é um exemplo de metal que apresenta grande resistência à tração, o que permite sua utilização em cabos de elevadores e me construção civil, na mistura com concreto (concreto armado). Cor: A cor de um mineral é uma de suas propriedades mais importantes. Muitas vezes um mineral pode apresentar uma cor característica – e peculiar. Outras vezes minerais podem se apresentar com uma cor que pode levar à confusão com outro mineral. A pirita (FeS2) é um belo exemplo desta confusão, ela também é conhecida como “ouro dos tolos” justamente por sua cor dourada e reluzente que lembra o ouro. Magnetismo: Ocorre nos poucos minerais que devido à sua natureza ferromagnética são atraídos por um íman. Os exemplos mais comuns são a magnetite, a pirrotite e outros com elevado teor de metais que podem ser magnetizados após aquecimento, como o manganês, o níquel e o titânio.

ARRANJO CRISTALINO OU SISTEMA CRISTALINO A forma do cristal é muito importante na identificação do mineral, pois ela reflete a

organização cristalina da estrutura dos minerais e dá boas indicações sobre o sistema de cristalização do mineral.

Algumas vezes o cristal é tão simétrico e perfeito nas suas faces que coloca em dúvida a sua origem natural. Porém, os cristais perfeitos são muito raros, pelo que a maioria dos cristais apenas desenvolve algumas de suas faces.

CORROSÃO DOS METAIS A corrosão dos metais é um processo natural em que o metal é deteriorado por meio de

reações de oxidorredução entre ele e agentes naturais, principalmente o oxigênio do ar. Corrosão é um termo químico bastante empregado no cotidiano para se referir ao processo de destruição total, parcial, superficial ou estrutural de determinado material causado pela ação do meio.

Esse processo causa grandes prejuízos econômicos e sociais, pois traz danos às estruturas de edifícios, carros, pontes, navios, etc. Além de as pessoas perderem alguns de seus bens materiais, torna-se necessário que a indústria produza mais desses metais apenas para substituir os que foram danificados. Por exemplo, no caso do ferro, a ferrugem provoca a perda de bilhões de dólares no mundo inteiro; 20% do ferro é produzido para substituição.

A corrosão ocorre porque os metais, com exceção do ouro e da platina, possuem potenciais de oxidação maiores que os do oxigênio. Dessa forma, eles perdem elétrons para o oxigênio presente no ar.

LIGAS METÁLICAS

As ligas metálicas são combinações químicas e físicas entre metais ou entre metais e outros materiais. Quando misturamos um metal a um ou, mais elementos, que podem ser ou não outros metais, conseguimos fazer que ele adquira certas propriedades que lhe faltavam individualmente e que serão úteis a uma determinada aplicação. A essa mistura de elementos, cujo componente principal é um metal, damos o nome de LIGA METÁLICA. Exemplos :

aço: liga de ferro e carbono bronze: liga de cobre e estanho latão: liga de cobre e zinco ouro 18 quilates: ouro e prata.

Apesar da grande variedade de metais existentes, a maioria não é empregada em estado puro, mas em ligas com propriedades alteradas em relação ao material inicial, o que visa, entre outras coisas, a reduzir os custos de produção.


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As indústrias automobilísticas, aeronáuticas, navais, bélicas e de construção civil são as principais responsáveis pelo consumo de metal em grande escala. São também representativos os setores de eletrônica e comunicações, cujo consumo de metal, apesar de quantitativamente inferior, tem importância capital para a economia contemporânea.

� Ouro 18 quilates (75% de ouro, 13% de prata e 12% de cobre). Principais propriedades: é macio, pode ser facilmente riscado, mantém o brilho do ouro, possui dureza adequada para a joia e durabilidade.

� Bronze (67% de cobre e 33% de estanho). Sua principal propriedade é resistência ao desgaste, sendo muito usado para produzir sinos, medalhas, moedas e estátuas.

� Latão (95 a 55% de cobre e de 5 a 45% de zinco). Principal propriedade: alta flexibilidade, podendo ser usado em instrumentos musicais de sopro, como trompete, flauta, saxofone etc., peças de máquinas, produção de tubos, armas e torneiras.

� Amálgama (70% de prata, 18% de estanho, 10% de cobre e 2% de mercúrio). Principais propriedades: resistência à oxidação (corrosão) e maleabilidade. Muito usada em obturações nos dentes.

� Liga wood (liga de Bismuto ou de metal fusível) (50% de bismuto, 27% de chumbo, 13% de estanho e 10% de cádmio). Principal propriedade: baixa temperatura de fusão (em torno de 68ºC), sendo usado em fusíveis elétricos de chuveiros e ferros elétricos.

� Solda (67% de chumbo e 33% de estanho). Principal propriedade: baixo ponto de fusão. É usada em solda de contatos elétricos.

� Magnálio (90% de alumínio e 10% de magnésio). Principal propriedade: é bastante leve. Usado em peças de aviões e de automóveis.

Qual a diferença entre ligação metálica e liga metá lica?

As ligas metálicas consistem na união de elementos, sendo que ao menos um destes, obrigatoriamente, deve ser um metal. Mas, diferem-se das ligações metálicas, pois estas contêm exclusivamente metais.

Sendo assim, suas características também diferem-se das ligações metálicas. Pode-se ter como características:

• O ponto de fusão é diferente; • Tendem a ser mais duros; • Há aumento da resistência mecânica.

As ligas são utilizadas, por exemplo, para as obturações dentárias a partir da amálgama (que é formada por prata, estanho e mercúrio).


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APLICAÇÃO DE ALGUNS METAIS:

Metal liquido a 20 °C: Mercúrio Metal de cor avermelhada: Cobre avermelhado Metal de cor amarela: Estrôncio e ouro Amarelado Metal constituinte das panelas e latas: Alumínio Metal que você considera denso: O Irídio e o chumbo são muito densos Metal constituinte da lataria dos automóveis: Alumínio , Aço , silício, etc Metais que são utilizados na manufatura de peças de ornamento (joias): Ouro , Paládio , Rodio , Cobre , Platina , Alumínio, Ferro, etc.

METAL NA HISTÓRIA A Idade dos Metais marca o início da dominação dos metais por parte das primeiras

sociedades sedentárias da Pré-História. Através do domínio de técnicas de fundição, o homem teve condições de criar instrumentos mais eficazes para o cultivo agrícola e a prática da caça. Além disso, o domínio sobre os metais teve influência nas disputas entre as comunidades que competiam pelo controle das melhores pastagens e áreas férteis. Dessa maneira, as primeiras guerras e o processo de dominação de uma comunidade sobre outra contou com o desenvolvimento de armas de metal.

O primeiro tipo de metal utilizado foi o cobre. Com o passar dos anos o estanho também foi utilizado como outro recurso na fabricação de armas e utensílios. Com a junção desses dois metais, por volta de 3000 a.C., tivemos o aparecimento do bronze. Só mais tarde é que se tem notícia da descoberta do ferro. Manipulado por comunidades da Ásia Menor, cerca de 1500 a.C., o ferro teve um lento processo de propagação. Isso se deu porque as técnicas de manipulação da liga de ferro eram de difícil aprendizado.

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