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Ligação Metálica

Definição

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Existe uma grande quantidade de materiais constituídos por metais como as ligas, peças de joalherias, ornamentos, estruturas como pontes e escadas. Os metais apresentam propriedades interessantes, são bons condutores térmicos, utilizados como utensílio de cozinha, por exemplo. São bons condutores elétricos, apresentam cor e brilho característicos, alguns são mais duros, outros moles, flexíveis, maleáveis, resistentes ao calor e podem ser encontrados no estado líquido em temperatura ambiente, é o caso do mercúrio, Hg. Outros são encontrados no estado sólido, geralmente possuem altas temperaturas de fusão e ebulição.

Compreender a natureza da ligação metálica é poder explicar e entender todas essas propriedades e o porquê esses materiais foram e são muito utilizados pela humanidade ao longo do desenvolvimento tecnológico.

Os átomos dos metais apresentam baixa energia de ionização (E.I) e baixa afinidade eletrônica (A.E), a atração exercida pelo elétron na camada de valência é extremamente fraca, por isso encontramos os íons metálicos como cátions, espécies de cargas positivas.

A ligação metálica ocorre entre metais, de tal modo que a formação dos compostos resulta em um sólido cristalino, mas o que mantém a ligação não é a força eletrostática, devido à baixa E.I. A explicação consiste que a estrutura é mantida pela mobilidade de elétrons de valência que se acomodam nos orbitais de energia disponíveis. A mobilidade dos elétrons de valência de um metal explica sua condutividade, propriedades elétricas, brilho, maleabilidade e ductilidade.

Ligas Metálicas

As ligas metálicas são misturas entre dois ou mais metais, podendo adicionar semimetais e não metais a mistura, porém, a predominância é de elementos metálicos. Funde-se os metais misturando-os e após resfriamento obtém-se as ligas no estado sólido. A possibilidade de um metal se ligar a outro elemento permite que as propriedades de novos compostos sejam aprimoradas na tentativa de melhorar a resistências dos materiais, a maleabilidade, a cor, explorar as propriedades térmicas e elétricas, aumentar ou diminuir a dureza de um determinado material.

Vejamos alguns exemplos:

– Aço: composto por ferro e carbono;

– Aço inoxidável: composto por ferro, carbono, níquel e crômio;

– Bronze: composto por cobre e estanho;

– Latão: composto por cobre e zinco;

– Ouro 18 K: composto por 75% de ouro e 25% de prata ou cobre;

– Amálgamas: ligas que contém mercúrio. As amálgamas odontológicas são compostas por 70% de Ag, 18% de Sn, 10% de Cu e 2% de Hg;

Ligas de Ferro

O ferro é um metal muito abundante na crosta terrestre, é encontrado na forma de óxidos, minérios como a hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4) e limonita (2Fe2O3.3H2O) que são processados em siderúrgicas e reduzidos a ferro metálico (Fe(s)).  É uma liga versátil, muito utilizada em indústrias e na construção civil, a desvantagem desse tipo de liga é a maior disposição à corrosão.

Aços

São ligas de ferro com carbono, geralmente a quantidade adicional de carbono é menor que 1% em massa. Apresentam considerável resistência mecânica, aços duros e tenazes são usados na fabricação de esteira para tratores, outros possuem propriedades elétricas e podem ser utilizados na composição de placas de transformadores. Outros são usados na composição de componentes para relógios, o ideal que esse tipo de liga não apresente propriedade magnética. São classificados e suas propriedades variam de acordo com a concentração de carbono na mistura.

Aço Inoxidável

São ligas que apresentam elevada resistência à corrosão. Cerca de pelo menos 11% em massa de crômio é adicionado a mistura, níquel e molibdênio podem ser acrescentados para intensificar a propriedade de resistência à corrosão. São muito utilizados na fabricação de equipamentos para a indústria, turbinas, caldeiras, utensílios domésticos, peças para carro, mísseis e geradores nucleares.

Aço inoxidável enferruja?

Sim, mas depende da qualidade da liga. Mesmo com uma purificação de qualidade, a liga pode reter pequenas bolsas contendo enxofre na forma de sulfeto (S2-) como contaminante, ao reagir com água a formação do ácido sulfídrico (H2S) pode ocorrer, esta substância é capaz de corroer o metal.

Exercícios Resolvidos

1) Cite as características físicas que permitem identificar um elemento metálico.

Resolução:

Condutibilidade elétrica, térmica, brilho, maleabilidade (pode ser reduzido a lâminas), ductilidade (pode ser reduzido a fio), tenacidade (resistência a esforço de tração).

2) Nenhuma teoria convencional de ligação química é capaz de justificar as propriedades dos compostos metálicos. Investigações indicam que os sólidos metálicos são compostos de um arranjo regular de íons positivos, no qual os elétrons das ligações estão apenas parcialmente localizados. Isto significa dizer que se tem um arranjo de íons metálicos distribuídos em um “mar” de elétrons móveis. Com base nisso, como podemos justificar:

a) os metais são bons condutores de energia elétrica e térmica;

b) Maleabilidade;

Resolução:

a) A forma como estes sólidos estão organizados e por apresentarem baixa E.I e afinidade eletrônica, a teoria do “mar” de elétrons nos sugere que, os elétrons livres percorrem a estrutura do sólido cristalino, devido aos orbitais de energia disponíveis, camadas mais externas de energia que os elétrons podem ocupar. A explicação consiste que a estrutura é mantida pela mobilidade de elétrons de valência, que atribui a esses elementos a características de condutores elétricos e térmicos.

b) Maleabilidade consiste em moldar um metal à lâminas. Por essa mobilidade dos elétrons de valência, o cátion pode se deslocar em relação aos seus vizinhos. Ao deformarmos um metal, essa mobilidade eletrônica permite que os átomos agrupados se rearranjem com facilidade a nova forma. O material não se rompe porque com a aproximação dos cátions as repulsões provocadas são atenuadas pelo movimento dos elétrons. Os metais são mais maleáveis que outros sólidos, quando os átomos se movem de uma posição para outra, os elétrons os seguem.

Bons estudos!

David Pancieri Peripato

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