Sólidos metálicos
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5/12/2018 S lidos met licos - slidepdf.com
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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.)