Uma ligação metálica é um tipo de ligação química formada entre átomos carregados positivamente, nos quais os elétrons livres são compartilhados entre uma rede de cátions. Em contraste, ligações covalentes e iônicas se formam entre dois átomos distintos. A ligação metálica é o principal tipo de ligação química que se forma entre átomos de metal. As ligações metálicas resultam do compartilhamento de um número variável de elétrons por um número variável de átomos. As propriedades dos metais não podem ser explicadas em termos de tipos comuns de ligações, tais como ligações iônicas e covalentes.
Os átomos dos metais são todos semelhantes, portanto eles não podem formar ligações iônicas. Além disso, compostos iônicos não conduzem eletricidade no estado sólido e compostos iônicos são frágeis, ao contrário de propriedades de metais.O átomo de elementos metálicos contém apenas 1 a 3 elétrons de valência, portanto esses átomos não podem formar ligações covalentes, com configurações de gás nobre como eles permanecerão incompletos. Os compostos covalentes são maus condutores de eletricidade e geralmente são líquidos; propriedades opostas às formações metálicas. Assim, os metais têm um modelo diferente de ligação.
As ligações metálicas são vistas em metais puros e ligas e alguns metalóides. Por exemplo, o grafeno (um alótropo de carbono) exibe uma ligação metálica bidimensional. Os metais, mesmo os puros, podem formar outros tipos de ligações químicas entre seus átomos. Por exemplo, o íon mercuroso (Hg 2 2+ ) pode formar ligações covalentes metal-metal. O gálio puro forma ligações covalentes entre pares de átomos que estão ligados por ligações metálicas aos pares circundantes.
Mais de 80 elementos na tabela periódica são metais. Os metais são sólidos à temperatura e pressão comuns, com a exceção (de mercúrio e gálio). Metais têm propriedades e características como:
- Alta condutividade térmica e elétrica.
- Brilho e alta refletividade
- Maleabilidade e ductilidade. Eles podem ser batidos ou modelados sem fratura.
- Variabilidade de resistências mecânicas (variando de metais alcalinos moles a tungstênio, que é difícil).
Para contabilizar a ligação em metais, Lorentz propôs um modelo conhecido como modelo de gás de elétrons ou modelo de mar de elétrons. Este modelo é baseado nas seguintes propriedades características dos metais:
- Baixas energias de ionização:
Metais geralmente têm baixa energia de ionização. Isso implica que os elétrons de valência dos átomos de metal não são fortemente mantidos pelo núcleo. Os elétrons de valência podem se mover livremente fora da influência de seus núcleos (órbita atômica / estrutura menos elétrons de valência). Assim, os metais têm elétrons móveis livres.
- Grande número de orbitais vazios:
Foi observado que, nos metais, vários orbitais de valência permanecem vazios, pois o número de elétrons de valência nos metais é geralmente menor que o número de orbitais de valência.
Como a Ligação Metálica Funciona?
Os níveis externos de energia dos átomos de metal (os orbitais s e p ) se sobrepõem. Pelo menos um dos elétrons de valência que participam de uma ligação metálica não é compartilhado com um átomo vizinho, nem é perdido para formar um íon. Em vez disso, os elétrons formam o que pode ser chamado de “mar de elétrons”, no qual os elétrons de valência estão livres para se mover de um átomo para outro.
O modelo marítimo de elétrons é uma simplificação excessiva da ligação metálica. Cálculos baseados em estrutura de banda eletrônica ou funções de densidade são mais precisos. A ligação metálica pode ser vista como uma consequência de um material ter muito mais estados de energia deslocalizada do que de elétrons deslocalizados (deficiência de elétrons), de modo que os elétrons não pareados localizados podem se tornar deslocalizados e móveis. Os elétrons podem mudar os estados de energia e se mover através de uma rede em qualquer direção.
A ligação também pode assumir a forma de formação de aglomerados metálicos, nos quais elétrons deslocalizados fluem em torno de núcleos localizados. A formação de títulos depende fortemente das condições. Por exemplo, o hidrogênio é um metal sob alta pressão. À medida que a pressão é reduzida, as ligações se alteram de covalentes metálicos para não-polares.
Como os elétrons são deslocalizados em torno de núcleos carregados positivamente, a ligação metálica explica muitas propriedades dos metais.
Condutividade Elétrica – A maioria dos metais são excelentes condutores elétricos porque os elétrons no mar de elétrons estão livres para se movimentar e transportar carga. Os não-metais condutores (por exemplo, grafite), os compostos iônicos fundidos e os compostos iônicos aquosos conduzem eletricidade pela mesma razão – os elétrons estão livres para se movimentar.
Condutividade Térmica – Os metais conduzem o calor porque os elétrons livres são capazes de transferir energia para longe da fonte de calor e também porque as vibrações dos átomos (fônons) se movem através de um metal sólido como uma onda.
Ductilidade – Os metais tendem a ser dúcteis ou capazes de serem puxados para fios finos porque as ligações locais entre os átomos podem ser facilmente quebradas e também reformadas. Átomos únicos ou folhas inteiras deles podem passar um pelo outro e reformar os títulos.
Maleabilidade – Metais são geralmente maleáveis ou capazes de serem moldados ou triturados, novamente porque as ligações entre os átomos quebram e se reformam prontamente. A força de união entre os metais é não-direcional, de modo que desenhar ou moldar um metal é menos provável de fraturá-lo. Elétrons em um cristal podem ser substituídos por outros. Além disso, como os elétrons estão livres para se afastar um do outro, trabalhar um metal não força juntos como íons de carga, o que poderia fraturar um cristal através da forte repulsão.
Lustre Metálico – Os metais tendem a ser brilhantes ou exibir brilho metálico. Eles são opacos quando uma certa espessura mínima é alcançada. O mar de elétrons reflete os fótons da superfície lisa. Existe um limite de frequência superior para a luz que pode ser refletida.
A forte atração entre átomos em ligações metálicas torna os metais fortes e lhes confere alta densidade, alto ponto de fusão, alto ponto de ebulição e baixa volatilidade. Existem exceções. Por exemplo, o mercúrio é um líquido em condições normais e tem uma alta pressão de vapor. De fato, todos os metais do grupo zinco (Zn, Cd, Hg) são relativamente voláteis.
Como a força de um vínculo depende de seus átomos participantes, é difícil classificar tipos de ligações químicas. Ligações covalentes, iônicas e metálicas podem ser fortes ligações químicas. Mesmo em metal fundido, a colagem pode ser forte. O gálio, por exemplo, é não volátil e tem um alto ponto de ebulição, embora tenha um baixo ponto de fusão. Se as condições estiverem corretas, a ligação metálica não requer nem mesmo uma rede. Foi observado em vidros, que têm uma estrutura amorfa.
