Quimica

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Ligações Metálicas

Ligações Metálicas- Introdução
§ Metais – grande número de entidades iguais mantidas coesas em um retículo cristalino.
• Não pode ser explicado pela teoria das ligações covalentes (estas raramente conseguem formar retículos cristalinos) • Não pode ser explicado pela teoria das ligações iônicas.

Primeiro modelo de ligação metálica
§ Modelo do gás eletrônico(Drude-Lorenz):
• Retículo de esferas rígidas (cátions) mantidos coesos por elétrons que podem se mover livremente – elétrons livres (“mar de elétrons”) • Elétrons mais externos se encontram muito longe do núcleo. • Os metais possuem baixa energia de ionização – tornam-se cátions facilmente. • A força de coesão seria resultante da atração entre os cátions no reticulado e a nuvem eletrônica.

Modelo dogás eletrônico
Elemento Sódio Ferro Prata Oxigênio Cloro Energia de ionização (kJ/mol) 495,8 759,3 731,0 1.313,9 1.251,2 Elemento Sódio Ferro Prata Raio atômico (Å) 1,57 1,16 1,34 Raio iônico (Å) 0,95 0,76 1,26

§ Explica de maneira adequada a condutividade elétrica dos metais.
Substância Prata Cobre Zinco NaCl Diamante Condutividade elétrica (ohm.cm-1) 6,3 x 105 6,0 x 105 1,7 x 105 10-7 10-14-Não explica de maneira adequada o espectro de emissão eletrônica de um metal.

O espectro de emissão eletrônica de um metal

Transição eletrônica Radiação incidente Emissão de um fóton

espectro de emissão de um átomo

espectro de emissão de um metal

Teoria das bandas de energia
§ Estudo da ligação metálica sob a ótica da teoria dos OMs. § A formação do metal Li (1s2 2s1). §Juntando átomo a átomo: • OMs = OAs. (Lembrando: a junção de dois OAs gera dois OMs)
• Obedeçe ao princípio de exclusão de Pauli (dois elétrons por OM).

• Os elétrons irão ocupar sempre o OM de menor energia disponível.

Teoria das bandas de energia

Molécula de Li2 6 4
* σ 2s

Dois átomos Seis Quatro de de átomosLi Li

σ 2s

Teoria das bandas de energia
Combinando “n” átomos de LiOrbitais do Lin

↑  2s   n

} σ }
σ

* 2s

2s

§ Parte superior do diagrama – OMs vazios. § Com uma pequena excitação os elétrons passam para um OM vazio. § Qualquer transição eletrônica é permitida.

Sobreposição de bandas de energia
§ Distribuição eletrônica do Be: 1s2 2s2 2p0 § Condução eletrônica do Be: 2,5 x 105 ohm -1.cm -1 § Bandas com energias próximas podem sesobrepor!!!

σ

* 2p

Orbitais do Ben n Orbitais do Be

σ2p
* 2s

“n” átomos “n” átomos de Be de Be

↑↓   2s   n

σ

σ 2s

Características e propriedades da ligação metálica
§ São não direcionais – atração eletrostática. § Força da ligação metálica – depende da carga dos cátions (Na (PE = 883o C); Mg (PF = 1090o C); Al (PF = 2519o C )) § Brilho metálico – interação dos elétronsdo metal com os diversos comprimentos de onda incidentes (quase todas as transições são permitidas). § Condução da energia elétrica – elétrons são promovidos a níveis energéticos mais elevados que estão disponíveis (vazios). § Condução de energia térmica:
• Elétrons “deslocalizados” interagem fracamente com os núcleos. • No aquecimento os elétrons adquirem grande quantidade de energia cinética edeslocam-se para as regiões mais frias. • Dissipação desta energia através de choque com outras partículas levando ao aquecimento do retículo. • Vibração dos cátions em suas posições no retículo cristalino também contribui – razão pela qual a condutividade elétrica dos metais cai com o aumento da temperatura.

Características e propriedades da ligação metálica
§ Dureza, ponto de fusão e pontode ebulição – dependem primordialmente da força da ligação metálica. § Ductilidade – capacidade de se deformar quando submetido a uma tensão – tração ou compressão. § Podem formar uma grande quantidade de ligas combinando-os com outros metais ou outros elementos da TP. §Soluções sólidas cristalinas substitucionais (cátions têm tamanhos não muito dissimilares) ou intersticiais (tamanhos muito...
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