Ligação metálica: o que é e resumo

A ligação metálica é um tipo de ligação química que ocorre entre átomos de metais. Nessa ligação, os átomos de metal se organizam em uma estrutura cristalina, na qual os núcleos positivos dos átomos ficam imersos em uma "nuvem" de elétrons livres que se movem entre eles.

Esses elétrons não estão ligados a um único átomo específico, mas se deslocam livremente por toda a estrutura metálica, criando uma ligação forte e coesa entre os átomos.

Essa mobilidade dos elétrons é o que confere aos metais características como alta condutividade elétrica e térmica, maleabilidade (capacidade de serem moldados sem quebrar), ductilidade (facilidade em formar fios) e brilho. A ligação metálica é fundamental para explicar o comportamento e as propriedades físicas dos metais.

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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.

Figura 1: Representação esquemática da ligação metálica

As bolinhas azuis representam os íons metálicos, enquanto que os sinais negativos em amarelo representam elétrons livres

Aprenda também: Metais da Tabela Periódica
+ O que são ligações iônicas?

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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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.

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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

As ligações metálicas ocorrem entre átomos de metais, caracterizadas por uma "nuvem" de elétrons livres que se movem entre os átomos. Esse fenômeno ocorre porque os metais possuem elétrons de valência que não estão fortemente ligados aos seus núcleos, permitindo que se desloquem com facilidade. Isso resulta em propriedades como condutividade elétrica e térmica, brilho, maleabilidade e ductilidade.

Nas ligações metálicas, os átomos metálicos compartilham os elétrons de forma coletiva, formando uma estrutura rígida, mas ao mesmo tempo flexível, o que dá aos metais a capacidade de serem moldados sem quebrar.

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