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Sólidos metálicos

Num sólido metálico as unidades que ocupam os pontos reticulares são íons positivos.

Por exemplo, no metal sódio os íons Na+ ocupam os pontos de um retículo cúbico de corpo

centrado. Cada Na+ pode ser considerado como sendo o resultado da perda de um elétron

porátomo de sódio, e os elétrons de todos os átomos de sódio formam uma nuvem gigante de

elétrons que se espalha por todo o retículo. Estes elétrons não estão ligados a qualquer

átomo,

mas estão deslocalizados sobre o cristal, como é mostrado na Figura 9.29. Estes elétrons são

chamados de elétrons livres ou gás de elétrons. (A mecânica quântica trata estes elétrons

como ondas que se estendem pelo cristal inteiro.) No sódio e em outros metais típicos existe

um atração mútua entre os elétrons livres e os cátions. Tal atração estabiliza a estrutura e ao

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mesmo tempo permite que sofra distorção sem esfarelar. Assim, o sódio e outros metais são

moles e facilmente deformáveis.

Alguns metais são duros porque a ligação metálica é complementada por ligações

covalentes entre cátions adjacentes no retículo. Muitos metais de transição são

extremamente

duros, como por exemplo, crômio e tungstênio. Os íons destes elementos têm os subníveis

(n - 1)d parcialmente preenchidos e podem, portanto, compartilhar pares de elétrons com

íons

adjacentes no retículo. Estas ligações covalentes tendem a manter estes íons presos no lugar,

prevenindo assim deformação do retículo. O ponto de fusão de metais varia

consideravelmente devido às diferenças no grau da ligação covalente complementar. Por

exemplo, o ponto de fusão do sódio e do tungstênio são respectivamente 98 e 3410 °C.

Os elétrons livres num metal são responsáveis por suas características condutividades

elétrica e térmica. Quando elétrons são adicionados numa extremidade de um pedaço de

metal, outros elétrons são simultaneamente retirados de outra extremidade. Esta passagemde

elétrons é denominada condução metálica. Por outro lado, quando calor é adicionado a uma

extremidade de um pedaço de metal, o resultado é um aumento na energia cinética média,

tanto dos íons, que vibram mais intensamente, como dos elétrons, que conseqüentemente se

movem mais rapidamente através do metal. A capacidade dos elétrons livres de transmitir

energia rapidamente de uma extremidade do metal a outra é responsável pela alta

condutividade térmica mostrada pela maioria dos metais. Finalmente, o aspecto

característico

do metal, sua alta refletividade e seu brilho metálico, também é explicado pela presença de

elétrons livres. Os elétrons, deslocalizados numa superfície metálica, absorvem e reirradiam

aluz que incide na superfície. Isto acontece de tal maneira que uma superfície lisa de um

metal

reflete completamente a luz em todos os ângulos e dá ao metal seu brilho peculiar. (A

reflexão

total também pode ser observada com substâncias não-metálica, porém apenas em pequenos

ângulos.)

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