Os metais e as suas propriedades

1. Química Escola Secundária de Fafe Estrutura e propriedades dos metais 1º Turno, Grupo 2

2. Os metais apresentam propriedades físicas macroscópicas que sugerem claramente um modelo especial para a ligação que une os seus átomos – a ligação metálica. Assim, surgiu o Modelo de ligação metálica . A ligação metálica

3. Modelo da ligação metálica Este modelo tem os seguintes pressupostos : A junção das nuvens eletrónicas dos átomos na rede metálica, permitindo que os eletrões mais externos não permaneçam apenas na nuvem eletrónica do seu átomo, mas movimentando-se nas nuvens eletrónicas dos átomos adjacentes. A transformação dos átomos do metal em iões positivos. A interação entre os eletrões periféricos deslocalizados que se movimentam entre “iões” cria uma força ligante que une os átomos entre si na rede metálica. C omo existem iões positivos e eletrões livres, a eletroneutralidade do metal mantém-se. http://www.youtube.com/watch?v=dyX5I_io7bg&feature=related

4. Propriedades e Características dos Metais As propriedades físicas que caracterizam os metais são: Elevada condutibilidade térmica. Superfície de aspecto brilhante. Maleabilidade e ductilidade Densidade, dureza e ponto de fusão.

5. Brilho e Cor Fig.1 - Ouro Fig.2 - Cobre Os eletrões localizados nas superfícies dos objectos metálicos, absorvem e irradiam a luz, por isso os objetos metálicos, quando polidos apresentam um brilho caraterístico . Se o metal refletir todas as cores do espetro eletromagnético a sua coloração será prateada; Se o metal não refletir todas as cores do espetro eletromagnético , refletirá uma única cor das radiações absorvidas. Daí o ouro(Fig.1) ser amarelo e o cobre(Fg.2) avermelhado.

6. Condutividade elétrica e térmica Os metais possuem uma enorme capacidade de conduzir calor e corrente elétrica . Nos metais, a condutividade térmica está relacionada com a condutividade elétrica , uma vez que os eletrões de condução, além de transferirem corrente elétrica , transferem também energia térmica. No entanto, a correlação entre a condutividade elétrica e a térmica só vale para metais, devido a forte influência dos fotões no processo de transferência de calor.

7. No estudo da transferência de calor, condução térmica é a transferência de energia térmica entre átomos e/ou moléculas vizinhas em uma substância devido a um gradiente de temperatura. Noutras palavras, é um modo do fenómeno de transferência térmica causado por uma diferença de temperatura entre duas regiões em um mesmo meio ou entre dois meios em contato no qual não se percebe movimento global da matéria na escala macroscópica. Fig.3 – Demonstração da condutividade térmica Condutividade térmica

8. Os metais possuem um bom ordenamento na sua estrutura cristalina, e também eletrões livres que se podem locomover através da rede de átomos. Os eletrões movimentam-se em virtude das diferenças de potencial aplicadas nas extremidades deste material. Estas surgem devido à falta de eletrões em algumas regiões e à sobra de eletrões em outras regiões. A diferença de potencial está associada às forças de atração entre as cargas elétricas . Ou seja, a região de carga positiva, onde faltam eletrões, atrai os eletrões, de carga negativa. Condutividade elétrica

9. A densidade relaciona a massa com o volume. Nutras palavras, define a quantidade de massa contida por unidade de volume. Para iguais volumes de diferentes metais, quanto maior for a massa de um deles, maior irá ser a sua densidade. Já se for para iguais valores de massa, o metal que apresentar menor volume, irá ser o que possui maior densidade. Para os metais de transição, quanto maior for o número atómico, maior vai ser a massa da substância, mas como o volume desta não vai variar de forma significativa, vai implicar um aumento da densidade. Pode-se calcular a densidade de um metal através da seguinte fórmula : Densidade

10. A dureza é a propriedade caraterística dos metais (e de todos os materiais sólidos), que expressa a resistência a deformações, mas também a resistência a quando são riscados ou quando ocorre a corrosão desse metal. Esta propriedade dá a capacidade de resistência aos metais, de forma permanente, à deformação, quando sujeitos a uma força constante. Quanto maior a dureza de um metal, maior a capacidade de resistência a deformações. Existem várias escalas para a medição da dureza de metais tais como Rockwell (Fig.4) e a Escala de Mohs . Esta propriedade está diretamente relacionada com as forças de ligação dos átomos constituintes dos metais. Dureza Fig.4 – Método Rockwell

11. O ponto de fusão de uma substância corresponde à temperatura segundo o qual essa substância passa do estado sólido para o estado líquido. Já o ponto de ebulição de uma substância corresponde à temperatura à qual a substância no estado líquido passa ao estado gasoso. Os metais podem apresentar variados pontos de fusão e de ebulição. Ponto de Fusão e Ponto de Ebulição Fig.5 – Aparelho para determinação de pontos de fusão

12. No entanto, os metais apresentam valores elevados de fusão e de ebulição. Isto deve-se ao facto de as ligações metálicas serem muito fortes, ou seja, os átomos estão intensamente unidos. Deste modo é preciso um valor elevado de energia térmica para superar as forças de atração entre os átomos . Fig.6 – Aparelho para determinação de pontos de ebulição

13. A ductilidade consiste na capacidade de um material, especialmente certos metais como o ouro, sofre deformação plástica, em contraposição com a deformação elástica. Os metais são substâncias extremamente dúcteis, podendo ser estriados em fios, martelados ou laminados em finas folhas, sem se partirem. Ductilidade Fig.7 – Filigrana de ouro

14. Maleabilidade Esta propriedade permite que os corpos sejam moldados e deformados, sem que o material se rompa. Os metais apresentam assim elevada maleabilidade, sendo que o ouro é o mais maleável, conseguindo-se obter folhas com uma espessura muito fina (10 milésimos de milímetro). Outro exemplo é o alumínio com destaque como envoltório conservante de alimentos. Esta propriedade nos metais explica-se pelo facto destes apresentarem uma natureza não direcional , que não se rompe com a distorção, pois o deslocamento dos átomos não altera, significativamente, as forças de ligação. Normalmente, a maleabilidade dos metais aumenta com o aumento da temperatura, pelo que estes são mais facilmente trabalhados a quente.

15. Fig.8 – Folha de alumínio a conservar alimentos http://www.youtube.com/watch?v=DZ26-jlLWVo

16. Em suma: As ligações entre os átomos de um metal são explicadas pelo modelo de ligação metálica . Os metais apresentam propriedades macroscópicas, como: Densos e duros; Boa condutividade térmica e elétrica ; Maleáveis e dúcteis; Elevados pontos de fusão e ebulição (para a grande maioria); Brilho. E também apresentam propriedades microscópicas, como: Pequeno número de eletrões de valência; Baixos valores de energia de primeira ionização ; Baixos valores de afinidade eletrónica .

17. http://pt.wikipedia.org/wiki/Liga%C3%A7%C3%A3o_met%C3%A1lica http://www.infopedia.pt/$ligacao-metalica http://sites.poli.usp.br/d/pqi2110/aulas/patricia/Lig%20Metalicas%20-%20Patricia.pdf http://www.infoescola.com/quimica/propriedades-dos-metais/ http://livroevt2.no.sapo.pt/central/ materiais_materias_primas /metais/ metais.htm Bibliografia