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Ligação Metálica



Os metais são bons condutores de corrente elétrica. Sendo assim, possuem em suas estruturas elétrons livres para se movimentar. Este é uma das evidências que levaram à elaboração do modelo da ligação metálica.

Os metais não exercem uma atração muito alta sobre os elétrons da última camada e por isso possuem tendência a perder elétrons. Assim, um metal sólido é constituídos por átomos metálicos em posições ordenadas com seus elétrons de valência livres para se movimentar por todo o metal. Temos então, um amontoado organizado de íons metálicos positivos mergulhados num "mar de elétrons" livres. Este é o chamado de modelo de mar de elétrons.

É a presença desse mar de elétrons que mantém os átomos metálicos unidos.

A regra do octeto não explica a ligação metálica.

Retículo cristalino metálico é o agrupamento de átomos de metais.

Ligas metálicas:

Alguns exemplos de ligas metálicas:

Ouro 18 quilates é uma liga de ouro e cobre

Bronze é uma liga de cobre e estanho

Latão é uma liga de cobre e zinco

Aço é uma liga de ferro com pequena quantidade de carbono

Aço inoxidável, além de ferro e carbono, contém também níquel e cromo.

Podemos então concluir que "Ligas Metálicas" são misturas sólidas de dois ou mais elementos, em que a totalidade, ou pelo menos a maior parte dos átomos presentes é de elementos metálicos.

Propriedades e características dos metais:

Para falar em ligações metálicas, precisamos conhecer também algumas propriedades e características dos metais.

São elas:

Brilho metálico

Condutividade térmica , onde os elétrons livres permitem um fluxo rápido de calor e eletricidade através dos metais

Alto ponto de fusão e de ebulição

Resistência à tração, onde às forças que tendem a alongar uma barra metálica

Maleabilidade, que é nada mais que a propriedade de se deixar reduzir a chapas e lâminas bastante finas.

Ductibilidade, propriedade de se deixar reduzir a fios.

Condutores

Exemplos e características

Em termos diretos, entende-se por condutor elétrico (corpo condutor) aquele que, estando carregado por uma determinada carga elétrica, tem essa carga distribuída por toda a sua extensão.

Metais são bons exemplos de corpos condutores. Em seus átomos, os elétrons da região externa da eletrosfera mantêm uma ligação muito fraca com o núcleo.

Assim sendo, em uma barra de metal, os elétrons das camadas mais afastadas dos núcleos de seus átomos circulam livremente de um átomo para outro. estes elétrons são denominados elétrons livres.

Condutividade elétrica é usada para especificar o caráter elétrico de um Às vezes a condução elétrica  material. Ela é simplesmente o recíproco da resistividade, ou seja, inversamente proporcionais e é indicativa da facilidade com a qual um material é capaz de conduzir uma corrente elétrica. A unidade é ohm-metro, isto é, [(O-m)-1 ou ohm/m]. As seguintes discussões sobre propriedades elétricas usam tanto a resistividade quanto a condutividade.

Materiais sólidos exibem uma espantosa faixa de condutividades.

De fato, uma maneira de classificar materiais sólidos é de acordo com a facilidade com que conduzem uma corrente elétrica; dentro deste esquema de classificação existem 3 grupamentos: condutores, semicondutores e isolantes. Metais são bons condutores, tipicamente tendo condutividades da ordem de 107 (O-m)-1. No outro extremo estão os materiais com muito baixas condutividades, situando-se entre 10-10 e 10-20 (O-m)-1; estes são os isolantes elétricos.

Materiais com condutividades intermediárias, geralmente entre 10-6 e 104 (O-m)-1, são denominados semicondutores. No Sistema Internacional de Unidades, é medida em siemens por metro.

Cobre

O cobre é um elemento químico de símbolo C u (Cuprum), número atômico 29 (29 prótons e 29 elétrons) e de massa atómica 63,6 uma. À temperatura ambiente, o cobre encontra-se no estado sólido. Classificado como metal de transição, pertence ao Grupo da Tabela Periódicagrupo 11]] (1B) da Classificação Periódica dos Elementos. É um dos metais mais importantes industrialmente, de coloração avermelhada, dúctil, maleável e bom condutor de eletricidade. Possui condutividade elétrica no valor de 59.6 106/m ohm.

Aplicações

A aplicação por excelência do cobre é como material condutor (fios e cabos), destinação de aproximadamente 45% do consumo anual de cobre.

Outros usos são:

Tubos de condensadores e encanamentos.

Eletroimãs.

Motores elétricos.

Interruptores e relés, tubos de vácuo e magnetrons de fornos microondas.

Se tende ao uso do cobre em circuitos integrados em substituição ao alumínio, de menor condutividade.

Cunhagem de moedas (com o níquel), esculturas, estátuas , construção de sinos , e usos ornamentais em ligas com zinco (latão), estanho (bronzes) e prata (jóias).

Lentes de cristal de cobre empregadas em radiologia para a detecção de pequenos tumores.

O sulfato de cobre II é um composto de cobre de grande importância industrial, sendo empregado na agricultura, na purificação da água e como conservante da madeira.

Ligas metálicas

Os cobrees débilmente ligados são aqueles que contém uma porcentegem inferior a 3 de algum elemento adicionado para melhorar alguma das caracteristicas do cobre como a maquinabilidade ( facilidade de mecanização ) , resistência mecânica e outras, conservando a alta condutibilidade elétrica e térmica do cobre.

Os elementos utilizados são estanho, cádmio, ferro, telúrio, zircônio, cromo e berílio. Outras ligas de cobre importantes são latões (zinco), bronzes (estanho), cuproalumínios (alumínio), cuproníqueis ( níquel ), cuprosilícios (silício) e alpacas (níquel-zinco)

Ouro

O ouro (lat. aurum, brilhante) é um elemento químico de símbolo Au e de número atômico igual a 79 (79 protões e 79 electões) e de massa atómica 197 uma. À temperatura ambiente, o ouro encontra-se no estado sólido.

O ouro é um elemento químico de número atómico 79 situado no grupo 11 ( 1 B ) da tabela periódica. O seu símbolo é Au (do latim aurum). É um metal de transição brilhante, amarelo, pesado, maleável, dúctil ( trivalente e univalente ) que não reage com a maioria dos produtos químicos, mas é sensível ao cloro. O metal encontra-se normalmente em estado puro e em forma de pepitas e depósitos aluvionais e é um dos metais tradicionalmente usados para cunhar moeda. O ouro é utilizado de forma generalizada em joalharia, indústria e eletrônica e como reserva de valor..

Aplicações

O ouro puro é demasiadamente mole para ser usado, geralmente é endurecido formando liga metálica com prata e cobre. O ouro e suas diversas ligas metálicas são muito empregados em joalherias, fabricação de moedas e como padrão monetário em muitos paises. Devido a sua boa condutividade elétrica, resistência a corrosão, e uma boa combinação de propriedades físicas e químicas , apresenta diversas aplicações industriais.

O ouro exerce funções críticas em ordenadores, comunicações, naves espaciais, motores de reação na aviação, e em diversos outros produtos.

Sua alta condutividade elétrica e resistência a oxidação tem permitido um amplo uso em eletrodeposição, ou seja, cobrir com uma camada de ouro por meio eletrolítico as superfícies de conexões elétricas, para assegurar uma conexão de baixa resistência elétrica e livre do ataque químico do meio. O mesmo processo pode ser uitilizado para a douragem de peças, aumentando a sua beleza e valor.

Como a prata, o ouro pode formar amálgamas com o mercúrio que, algumas vezes, é empregado em obturações dentárias.

O ouro coloidal ( nanopartículas de ouro ) é uma solução intensamente colorida que está sendo pesquisada para fins médicos e biológicos. Esta forma coloidal também é empregada para criar pinturas douradas em cerâmicas.

O ácido cloroaúrico é empregado em fotografias.

O isótopo de ouro 198Au, com meia-vida de 2,7 días, é usado em alguns tratamentos de câncer e em outras enfermidades.

É empregado para o recobrimento de materiais biológicos, permitindo a visualização através do microscópio eletrônico de varredura (SEM ).

Utilizado como cobertura protetora em muitos satélites porque é um bom refletor de luz radiação infravermelha.

Prata

A prata(do latim argentum, que quer dizer prata) é um elemento químico de símbolo Ag e de número atómico igual a 47 (47 protões e 47 electrões). À temperatura ambiente, a prata encontra-se no estado sólido.No teste de chama,assume a cor lilás.

A prata não é tóxica. No entanto, a maior parte dos seus sais são venenosos devido à presença de aniões. Estes compostos são absorvidos pelo corpo e permanecem no sangue até se depositarem nas membranas mucosas, formando um película acinzentada. Existem, contudo, outros compostos de prata, como o nitrato, que têm um efeito anti-séptico. Usam-se soluções de nitrato de prata no tratamento de irritações de membranas mucosas da boca e garganta. Algumas proteínas contendo prata são poderosos agentes anti-irritantes das membranas dos olhos, ouvido, nariz e garganta.

Alumínio

O alumínio é um elemento químico de símbolo Al de número atômico 13 ( 13 prótons e 13 elétrons ) com massa atómica 27 u. Na temperatura ambiente é sólido, sendo o elemento metálico mais abundante da crosta terrestre. Sua leveza, condutividade elétrica, resistência à corrosão e baixo ponto de fusão lhe conferem uma multiplicidade de aplicações, especialmente na aeronáutica. Entretanto, a elevada quantidade de energia necessária para a sua obtenção reduzem sobremaneira o seu campo de aplicação. No entanto, o baixo custo para a sua reciclagem aumenta o seu tempo de vida útil e a estabilidade do seu valor.

Aplicações

Considerando a quantidade e o valor do metal empregado, o uso do alumínio excede o de qualquer outro metal, exceto o aço. É um material importante em múltiplas atividades econômicas.

O alumínio puro é maleável e frágil, porém suas ligas com pequenas quantidades de cobre, manganês, silício, magnésio e outros elementos apresentam uma grande quantidade de características adequadas às mais diversas aplicações. Estas ligas constituem o material principal para a produção de muitos componentes dos aviões e foguetes.

Quando se evapora o alumínio no vácuo, forma-se um revestimento que reflete tanto a luz visível como a infravermelha. Como a capa de óxido que se forma impede a deterioração do revestimento, utiliza-se o alumínio para a fabricação de espelhos de telescópios, em substituição aos de prata.

Devido à sua grande reatividade química é usado, quando finamente pulverizado, como combustível sólido para foguetes e para a produção de explosivos. Ainda usado como ánodo de sacrifício e em processos de aluminotermia para a obtenção de metais.

Outros usos do alumínio são:

Transporte: Como material estrutural em aviões, barcos, automóveis, tanques, blindagens e outros.

Embalagens: Papel de alumínio, latas, tetrabriks e outras.

Construção civil: Janelas, portas, divisórias, grades e outros.

Bens de uso: Utensílios de cozinha, ferramentas e outros.

Transmisão elétrica: Ainda que a condutibilidade elétrica do alumínio seja 60% menor que a do cobre, o seu uso em redes de transmissão elétricas é compensado pela sua grande malebilidade, permitindo maior distância entre as torres de transmissão e reduzindo, desta maneira, os custos da infraestrutura.

Como recipientes criogênicos até -200 ºC e, no sentido oposto, para a fabricação de caldeiras

Observação: As ligas de alumínio são conhecidas como Duralumínio.

Ferro

O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico , símbolo Fe , de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atómica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono dá-se origem a várias formas de aço.

Este metal de transição é encontrado no grupo 8 ( 8B ) da Classificação Periódica dos Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante.

É um dos elementos mais abundantes do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel ( NiFe ), gerando um campo magnético.

O ferro tem sido históricamente importante, e um período da história recebeu o nome de Idade do ferro.

O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga metálica para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte ( automóveis, navios, etc ), como elemento estrutural de pontes, edificios, e uma infinidade de outras aplicações.

Aplicações

O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza , especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento que se tem aplicado.

Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono com concentrações máximas de 2.2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos.

Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:

Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono em peso. São fracos porém dúcteis. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.

Aço médio em carbono. Entre 0.25% e 0.6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.

Aço alto em carbono. Entre 0.60% e 1.4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo, formando o carbeto de tungstênio, WC, quando é adicionado à liga o wolfrâmio. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas.

Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existem uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o cromo, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados aços inoxidáveis.

Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2.1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4.5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.

Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4) e o óxido de ferro III (Fe2O3) têm aplicações magnéticas.

Chumbo

O chumbo (do latim plumbum) é um elemento químico de símbolo Pb , número atômico 82 ( 82 prótons e 82 elétrons ), com massa atómica igual a 207,2 u, pertencente ao grupo 14 da classificação periódica dos elementos químicos. À temperatura ambiente, o chumbo encontra-se no estado sólido.

É um metal tóxico, pesado, macio, maleável e pobre condutor de eletricidade. Apresenta coloração branco-azulada quando recentemente cortado, porém adquire coloração acinzentada quando exposto ao ar. É usado na construção civil, baterias de ácido, em munição, proteção contra raios-X , e forma parte de ligas metálicas para a produção de soldas, fusíveis, revestimentos de cabos elétricos, materiais antifricção, metais de tipografia, etc. O chumbo tem o número atômico mais elevado entre todos os elementos estáveis.

É um metal conhecido e usado desde a antiguidade. Suspeita-se que este metal já fosse trabalhado há 7000 anos.

Aplicações

O mais amplo uso do chumbo é na fabricação de acumuladores. Outras aplicações importantes são na fabricação de forros para cabos, elemento de construção civil, pigmentos, soldas suaves e munições. A fabricação de chumbo tetra etílico (TEL) vem caindo muito em função de regulamentações ambientais cada vez mais restritivas no mundo no que se diz respeito à sua principal aplicação que é como aditivo na gasolina. No caso do Brasil desde 1978 este aditivo deixou de ser usado como antidetonante.

Têm-se desenvolvido varios compostos organoplúmbicos para aplicações como catalisadores na fabricação de espumas de poliuretano, como tóxico para as pinturas navais com a finalidade de inibir a incrustação nos cascos, agentes biocidas contra as bactérias granpositivas, proteção da madeira contra o ataque das brocas e fungos marinhos, preservadores para o algodão contra a decomposição e do mofo, agentes molusquicidas, agentes antihelmínticos, agentes redutores do desgaste nos lubrificantes e inibidores da corrosão do aço.

Graças a sua excelente resistência a corrosão, o chumbo encontra muitas aplicações na indústria de construção e, principalmente, na indústria química. É resistente ao ataque de muitos ácidos, porque forma seu próprio revestimento protetor de óxido. Como conseqüência desta característica, o chumbo é muito utilizado na fabricação e manejo do ácido sulfúrico.

Durante muito tempo se tem empregado o chumbo como manta protetora para os aparelhos de raio-X. Em virtude das aplicações cada vez mais intensas da energia atômica, torna-se cada vez mais importante as aplicações do chumbo como blindagem contra a radiação.

Sua utilização como forro para cabos de telefone e de televisão segue sendo uma forma de emprego adequada para o chumbo. A ductilidade única do chumbo o torna particularmente apropriado para esta aplicação, porque pode ser estirado para formar um revestimento contínuo em torno dos condutores internos.

O uso de chumbo em pigmentos tem sido muito importante, porém a sua utilização tem diminuído muito. O pigmento, que contém este elemento, é o branco de chumbo, 2PbCO3 .Pb(OH)2; outros pigmentos importantes são o sulfato básico de chumbo e os cromatos de chumbo.

Utiliza-se uma grande variedade de compostos de chumbo, como os silicatos, os carbonatos e os sais de ácidos orgânicos, como estabilizadores contra o calor e a luz para os plásticos de cloreto de polivinila (PVC). Usam-se silicatos de chumbo para a fabricação de vidros e cerâmicas. O nitreto de chumbo, Pb(N3)2, é um detonador padrão para os explosivos. Os arseniatos de chumbo são empregados em grande quantidades como inseticidas para a proteção dos cultivos. O litargírio (óxido de chumbo) é muito empregado para melhorar as propriedades magnéticas dos imãs de cerâmica de ferrita de bário.

O chumbo forma ligas com muitos metais e, em geral, é empregado nesta forma na maior parte de suas aplicações. Todas as ligas metálicas formadas com estanho, cobre, arsênio, antimônio, bismuto, cádmio e sódio apresentam importantes aplicações industriais (soldas, fusíveis, material de tipografia , material de antifricção, revestimentos de cabos elétricos, etc.).

Uma mistura de zirgonato de chumbo e de titanato de chumbo, conhecida como PZT, está sendo posta no mercado como um material piezoelétrico.

Níquel

O níquel é um elemento químico de símbolo Ni de número atômico 28 ( 28 prótons e 28 elétrons ) e de massa atómica 58,7 uma. À temperatura ambiente, o níquel encontra-se no estado sólido. É um elemento de transição situado no grupo 10 ( 8 B ) da Classificação Periódica dos Elementos. O uso do níquel remonta aproximadamente ao século IV A.C geralmente junto com o cobre.

Aplicações

Aproximadamente 65% do níquel consumido é empregado na fabricação de aço inoxidável austenico e outros 12% em superligas de niquel. O restante 23% é repartido na produção de outras ligas metálicas, baterias recarregáveis, reações de catálise, cunhagens de moedas, revestimentos metálicos e fundição.

Alnico, ligas para imãs.

O mu-metal se usa para apantallar campos magnéticos por sua elevada permeabilidade magnética.

As ligas níquel-cobre ( monel ) são muito resistentes a corrosão, utilizando-se em motores marítimos e indústria química.

A liga níquel-titânio ( nitinol-55 ) apresenta o fenômeno memória de forma e é usado em robótica, também existem ligas que apresentam superelasticidade.

cadinhos de laboratorios químicos.

Catalisador da hidrogenação de óleos vegetais

Fonte: www.geocities.com

Ligação Metálica

É a ligação química que ocorre nos METAIS e nas LIGAS METÁLICAS. Devido os metais apresentarem baixa energia de ionização e alta eletropositividade, possuem grande facilidade em perder elétrons da sua camada de valência, formando cátions. Na Ligação Metálica temos uma quantidade muito grande destes cátions envolvidos por uma quantidade enorme de elétrons livres. Dizemos que os cátions estão envolvidos por um "MAR DE ELÉTRONS".

Ligação Metálica, Características, O que é

A Teoria do Octeto não explica a ligação metálica

Propriedades dos Metais:

Sólidos nas condições ambientes.

São bons condutores de calor e eletricidade.

São dúcteis e maleáveis.

Apresentam brilho metálico característico.

Possuem altos Pontos de Fusão e Ebulição.

São resistentes à tração e densos.

Ligas Metálicas:

São ligas formadas pela união de 2 ou mais metais, podendo ainda incluir não-metais, mas sempre com predominância dos elementos metálicos.

Liga Metálica Constituintes
Ouro 18k Ouro e Cobre
Bronze Cobre e Estanho
Latão Cobre e Zinco
Solda Estanho e Chumbo
Aço Ferro e Carbono

FORÇAS INTERMOLECULARES

São forças (ligações) de atração entre moléculas polares e apolares.

São elas que definem várias propriedades físicas, tais como: ponto de fusão, ponto de ebulição e solubilidade.

Quando uma substância está no estado sólido ou líquido, as moléculas estão mais próximas umas das outras, se comparadas com o estado gasoso.

O que mantém as moléculas unidas são as forças (ou interações ou ligações) Intermoleculares, que podem ser de três tipos: ponte (ou ligação) de hidrogênio, dipolo-dipolo (ou dipolo permanente ou elétrico) e dipolo induzido-dipolo induzido (ou força de Van der Waals).

TIPOS DE FORÇAS INTERMOLECULARES

1) FORÇAS DE DIPOLO-PERMANENTE OU DIPOLO-DIPOLO:

Ligação Metálica, Características, O que é
Dipolo elétrico permanente

Este tipo de força de atração (ligação) entre moléculas ocorre exclusivamente entre moléculas polares, pois estas apresentam os pólos positivo e negativos permanentes. É conseqüência da atração entre os pólos de sinais opostos de duas moléculas vizinhas, que sejam polares.

2) PONTES DE HIDROGÊNIO:

Esse tipo de interação intermolecular ocorre mais comumente em moléculas que apresentam átomos de hidrogênio ligados a átomos de flúor, oxigênio e nitrogênio, que são altamente eletronegativos, originando pólos acentuados.

Ligação Metálica, Características, O que é

Ligação Metálica, Características, O que é

3) FORÇA DE DIPOLO INDUZIDO OU TEMPORÁRIO OU FORÇA DE LONDON:

Na verdade, as interações dipolo instantâneo-dipolo induzido ocorrem em todas as substâncias - polares ou apolares. Porém, são de grande importância nas substâncias apolares, pois, apesar de fracas, constituem o único tipo de interação intermolecular que ocorre entre suas moléculas.

Como já vimos nos compostos iônicos temos as forças de atração eletrostática entre cátions e ânions formando o cristal iônico. Composto iônico é sempre sólido nas condições ambientes, ou seja, estas são as maiores forças de atração, portanto os compostos iônicos são os que apresentam os maiores pontos de fusão e ebulição.

Nos compostos moleculares para compararmos o ponto de ebulição temos que seguir:

Em moléculas de massas molares próximas, ordem decrescente de ponto de ebulição.

Ponte de hidrogênio > Dipolo-dipolo > dipolo induzido

Em moléculas com o mesmo tipo de força de atração a substância com o maior ponto de ebulição será a molécula de maior massa molar.

Como as forças de atração mais intensas são as pontes de hidrogênio, elas aumentam muito o ponto de ebulição de uma substância quando comparada a outras substâncias semelhantes. 

São todas moléculas polares, mas apenas a água apresenta pontes de hidrogênio e por isso um ponto de ebulição muito mais elevado.

Observe o Gráfico:

Ligação Metálica, Características, O que é

Fonte: www.mixquimica.com.br

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