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Ligações Metálicas

Ligação metálica

É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes perdem seus elétrons da última camada. Forma-se, então, uma rede ordenada de íons positivos mergulhada num mar de elétrons em movimento aleatório. Se aplicarmos um campo elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção preferencial, ou seja, geramos uma corrente elétrica

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Quando aplica-se uma voltagem elétrica a um metal, os elétrons no mar de elétrons podem se mover facilmente e transportar uma corrente.

Grande número de entidades iguais mantidas coesas em um retículo cristalino.

Metais

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O modelo do “mar de elétrons”

Os elétrons de valência não estão ligados aos átomos, mas deslocalizados por

todo o retículo, movendo-se em todas as direções e sendo compartilhados por

todos os cátions com igual probabilidade.

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Modelo Mar de ElétronsRetículo de esferas rígidas (cátions)

mantidos coesos por elétrons que podem se mover livremente – elétrons livres (“mar de elétrons”).

Elétrons mais externos se encontram muito longe do núcleo.

Os metais possuem baixa energia de ionização – tornam-se cátions facilmente.

A força de coesão seria resultante da atração entre os cátions no reticulado e a nuvem eletrônica.

Principais características e propriedades das ligações metálicas

São não direcionais – atração eletrostática.

Força da ligação metálica – depende da carga dos cátions

Brilho metálico – interação dos elétrons do metal com os diversos comprimentos de onda incidentes (quase todas as transições sãopermitidas).

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Principais características e propriedades das ligações metálicas

Condução da energia elétrica – elétrons são promovidos a níveis energéticos mais elevados que estão disponíveis (vazios).

Condução de energia térmica:

Elétrons “deslocalizados” interagem fracamente com os núcleos.

No aquecimento os elétrons adquirem grande quantidade de energia cinética e deslocam-se para as regiões mais frias.

Dissipação desta energia através de choque com outras partículas levando a aquecimento do retículo.

Vibração dos cátions em suas posições no retículo cristalino também contribui – razão pela qual a condutividade elétrica dos metais cai com o aumento da temperatura.

Características dos Metais

Dureza, ponto de fusão e ponto de ebulição –dependem primordialmente da força das ligações metálicas.

Os átomos de um metal no estado sólido estão arranjados de modo a formar figuras geométricas bem definidas – os retículos metálicos.

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Características dos Metais

• Ductilidade e Maleabilidade capacidade de formar fios e lâminas

Características dos Metais

Podem formar uma grande quantidade de ligas metálicascombinando-os com outros metais ou outros elementos da Tabela Periódica

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Ligas metálicas

Materiais com propriedades metálicas que contém dois ou mais elementossendo que pelo menos um deles émetal.

As ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza , aumento da resistência mecânica.

Ligas metálicas

Exemplos de Ligas

Fabricação de utensílios de

cozinha e peças de carro

carbono, ferro, cromo e níquel

Aço inoxidável

fabricação de sinos, estátuas e

moedas

cobre e estanho Bronze

obturações dentárias

mercúrio, prata e estanho

Amálgama dental

UtilizaçãoComposiçãoLiga

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Principais características dos retículos metálicos

Estrutura cristalina de metais

Ligação metálica: não-direcional.

Ligação metálica: sem restrições sobre número

e posição dos vizinhos mais próximos.

Ligação metálica ⇒⇒⇒⇒ empacotamento denso!

Principais estruturas dos retículos metálicos

Cúbica de Face Centrada (CFC)

Ex.: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag

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Principais estruturas dos retículos metálicos

Estrutura CFCÁtomos se tocam ao longo da diagonal das faces

4R2 = a2 +a2

a = 2R√2

Principais estruturas dos retículos metálicos

Número de CoordenaçãoNúmero de vizinhos mais próximos

CFC = 12

(6 faces x 1/2 átomo) + (8 vértices x 1/8 átomo) =

4 átomos / célula unitária

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Principais estruturas dos retículos metálicos

Fator de Empacotamento Atômico (FEA)

Volume de átomos em uma célula unitária

Volume total da célula unitáriaFEA =

FEA=Volume de átomos em uma célula unitária

Volume total da célula unitária

Principais estruturas dos retículos metálicos

Fator de Empacotamento Atômico (FEA)

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Principais estruturas dos retículos metálicos

Cúbica de Corpo Centrado (CCC)

Ex: Cr, W, Fe, Ta, Mo

N.C. = 8

(1 átomo central) + (8 vértices x 1/8 átomo) = 2 átomos/célula unitária FEA = 0,68

Principais estruturas dos retículos metálicos

Cúbica de Corpo Centrado (CCC)

Átomos tocam-se ao longo da diagonal do cubo

ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo

aR

aa =

a√33a

2a

(diagonal do cubo)

(diagonal de uma face do cubo)

3

4Ra =

12

Principais estruturas dos retículos metálicos

ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Moa

a =

a√3

Estrutura Hexagonal Compacta

(HC)

c

a

Ex.: Zn, Cd, Mg, Ti

c/a= 1,633

Número de Coordenação: 12

(12 átomos vértice) x (1/6 átomo + 2 faces) x (1/2 átomo+ 3 átomos centrais) =6 átomos/célula unitária FEA = 0,74