Por que as substâncias metálicas conduzem corrente elétrica tanto no estado sólido como no estado líquido?

Índice

Introdução

A ligação metálica é aquela formada exclusivamente por átomos metálicos (do mesmo elemento ou de elementos diferentes). Estes átomos apresentam de um a três elétrons livres na camada de valência, que se encontram afastados do núcleo. Por isso, a força de atração exercida pelo núcleo sobre os elétrons é fraca, fazendo com que estes não permaneçam ligados a um átomo particular no sólido.

Esses elétrons podem se movimentar por todo o metal, formando um mar de elétrons ou uma nuvem eletrônica. Os núcleos dos átomos e os elétrons que não se localizam na camada de valência formam os núcleos iônicos com carga resultante positiva e magnitude igual à carga total dos elétrons de valência por átomo, como mostrado na Figura 1.

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Figura 1: Representação esquemática da ligação metálica. 

Propriedades dos Compostos Metálicos

Dentre as principais propriedades dos compostos metálicos temos:

• Os metais são encontrados na fase sólida nas condições ambiente (temperatura de 25°C e pressão de 1 atmosfera), exceto o mercúrio, que é líquido.
• Apresentam brilho característico.
• Elevada condutividade térmica e elétrica por causa dos elétrons livres.
• Apresentam elevados pontos de fusão e ebulição.
• Maleabilidade (facilidade de se moldar mediante a pressão produzindo chapas e lâminas).
• Apresentam alta ductibilidade (facilidade de se produzir fios).

Os principais metais utilizados hoje em dia são o ferro (Fe) das ligas de aço, o alumínio (Al) das latinhas de refrigerante, ou ouro (Au) presente nas joias, o cobre (Cu) dos fios condutores, o zinco (Zn) presente nas calhas, o cromo (Cr) usado na cromagem do aço, o magnésio (Mg) muito usado para produzir ligas leves, o chumbo (Pb) presente nas baterias, dentre outros.

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Retículo cristalino

Os metais se organizam em células ou retículos cristalinos. Um material cristalino é aquele no qual os átomos encontram-se ordenados sobre longas distâncias atômicas posicionadas sobre uma estrutura tridimensional de pontos chamada rede cristalina. Um material não-cristalino ou amorfo é aquele que não apresenta ordem de longo alcance na disposição dos átomos. A Figura 2 exemplifica um material cristalino (a) e amorfo (b).

Figura 2: Material cristalino (a) e amorfo (b).

Material cristalino (a) e amorfo (b).

Há um grande número de diferentes estruturas cristalinas nas quais os metais podem se organizar, dependendo de seus elementos constituintes. Os principais são o cúbico de corpo centrado (CCC), cúbico de faces centradas (CFC) e hexagonal compacto (CFC), como mostra a Figura 3.

Figura 3: Estrutura (a) cúbica de corpo centrado (CCC); (b) cúbica de faces centradas (CFC); (c) hexagonal compacta (HC).

Estrutura (a) cúbica de corpo centrado (CCC); (b) cúbica de faces centradas (CFC); (c) hexagonal compacta (HC).

Como exemplo, temos o ferro (Fe), o vanádio (V), o nióbio (Nb) e o cromo (Cr), que se organizam segundo a estrutura CCC. Já o alumínio (Al), o níquel (Ni), a prata (Ag), o cobre (Cu) e o ouro (Au) apresentam a estrutura CFC. O titânio (Ti), o zinco (Zn), o magnésio (Mg) e o cádmio (Cd) se organizam em retículos de formato HC.

Formação de ligas metálicas

Uma liga metálica é um material composto por mais de um elemento, sendo pelo menos um deles metal e que apresenta propriedades metálicas. O interessante de se produzir ligas metálicas é conseguir propriedades que não seriam possíveis de se obter com seus elementos isolados.

Dentre as principais propriedades que podem ser obtidas com a utilização de ligas metálicas, temos:

• Diminuição da temperatura de fusão: liga de metal fusível.
   Constituição: Bismuto (Bi), chumbo (Pb), estanho (Sn) e cádmio (Cd).

Aplicação: fusíveis elétricos que se fundem e se quebram, interrompendo a passagem de corrente elétrica.

Fusíveis elétricos.

• Aumento da dureza: liga de ouro de joalheria.
   Constituição: ouro (Au), prata (Ag) e cobre (Cu).

Aplicação: manufatura de joias e peças de ornamento.

 Alianças de ouro.

• Aumento da resistência mecânica: aço.

Constituição: Ferro (Fe) e carbono (C).

Aplicação: fabricação de peças metálicas que sofrem tração elevada, principalmente em estruturas metálicas.

Correntes de ferro.