Um metal típico é bom condutor de calor e de eletricidade, é maleável, dúctil, de aparência lustrosa; geralmente sólido, com alto ponto de fusão e de baixa volatilidade.
As propriedades físicas dos metais, principalmente a condução de eletricidade, podem ser explicadas pela ligação metálica. A ligação metálica é uma ligação covalente que tem características próprias.
Para se entender bem uma ligação covalente, nós precisamos pensar primeiro em orbital atômico, e depois, em orbital molecular.
Um orbital atômico é fácil de compreender: é aquela região do espaço onde existe a chance de nós encontrarmos um elétron em torno do núcleo de um átomo. Como os núcleos dos átomos de diferentes elementos são necessariamente diferentes, as energias dos orbitais atômicos vão variar de elemento para elemento. Entretanto, quando dois elementos têm a condição propícia para formar uma ligação covalente, as energias de seus orbitais de valência serão razoavelmente parecidas, e esses orbitais vão se entrelaçar, formando uma nova região entre os núcleos dos átomos aonde a energia será menor ainda que aquelas dos orbitais de valência dos átomos separados. Essa região de baixa energia será o orbital molecular ligante. É nele que o par de elétrons responsável pela ligação covalente vai residir, unindo os dois elementos em uma nova molécula.
Entretanto, a natureza no mundo do muito pequeno, aquele da dimensão dos prótons, nêutrons e elétrons, é um pouco mais complicada. Por razões que a Mecânica Quântica explica, toda a vez que uma região de baixa energia é criada pelo entrelaçamento de dois orbitais atômicos de valência de dois átomos diferentes, também é criada uma região de energia muito alta, aonde elétrons de ligação não podem existir, e essa região é então conhecida por orbital molecular antiligante.
Parece complicado, mas é razoável: dois orbitais atômicos se misturam, formando dois orbitais moleculares, um ligante (baixa energia, pode conter um par de elétrons e é o responsável pela união dos átomos numa ligação covalente) e outro antiligante (alta energia, não pode conter elétrons de ligação).
Vara você ter uma idéia da coisa como é que fica, podemos utilizar dois orbitais atômicos e seu es elétrons 1s1 de dois átomos de hidrogênio se aproximando. Quando eles se misturam, a ligação covalente vai resultar em dois orbitais moleculares, um de baixa energia, e um de alta; o par de elétrons residirá no de baixa, e será responsável por manter os dois átomos de hidrogênio ligados, formando a molécula de hidrogênio. Podemos descrever essa situação de uma forma gráfica como:
Agora imagine um metal. A estrutura do metal é fácil de ser visualizada, basta pensarmos em uma pilha de laranjas, daquelas arranjadas numa banca de supermercado: esferas sobre esferas, em um empacotamento denso. Assim é. Átomos do elemento densamente empacotados. Por simplicidade, vamos imaginar que esse metal seja o sódio. Desse modo, cada átomo de sódio pode trazer o seu elétron de valência 3s1 para formar ligações covalentes com os outros átomos de sódio no metal. Entretanto, o número de átomos de sódio é absurdamente grande, mesmo num pedaço bem pequenino do metal, você pode pensar em milhares, milhões de pequeninas esferas empacotadas umas às outras. Portanto, para formarmos uma ligação química, vamos contar com milhares, milhões até de orbitais 3s, um de cada átomo de sódio... podemos imaginar que, nessa situação, iremos produzir um número muito grande de orbitais moleculares. Se dissermos que temos N átomos (sendo N um número elevadíssimo), então teremos N orbitais moleculares ligantes, e a sua contrapartida, os N orbitais moleculares antiligantes.
É nesse caso especial que reside a particularidade da ligação metálica: como o número de orbitais é elevadíssimo, então as diferenças de energia entre eles irá crescer monotonicamente, como numa suave escala musical. Quando, de repente, não estaremos mais no campo dos orbitais moleculares ligantes: passamos, quase sem perceber, para o campo de energias onde residem os orbitais moleculares não ligantes.
Em um metal, os elétrons de ligação irão ocupar esse “mar” de orbitais, dois elétrons por orbital. Os elétrons mais energéticos, aqueles residindo nos orbitais ligantes de mais alta energia, estarão muito próximos (em energia) das regiões dos orbitais antiligantes.
Fica muito fácil então excitarmos um elétron residente na fronteira ligante – antiligante para que ele (num estado excitado, ocupando um orbital antiligante) atravesse todo o volume do sólido, eventualmente reentrando na camada dos orbitais ligantes. De fato, isso ocorre espontaneamente em um metal, o que faz com que o limite superior dos orbitais moleculares ligantes de mais alta energia sempre estejam meio cheios ou meio vazios, e essa faixa, responsável pela condução de elétrons de um lugar para o outro é chamada disso mesmo: faixa de condução. É a existência dessa faixa que transforma os metais em bons condutores de corrente elétrica, e essa é uma das particularidades mais interessantes da ligação metálica, e que é responsável pela idéia de que a ligação metálica é “um oceano de elétrons envolvendo esferas positivamente carregadas”, muito comum de se encontrar em livros de química.
Fonte: inorgan221.iq.unesp.br
Num sólido, os átomos estão dispostos de maneira variada, mas sempre próximos uns aos outros, compondo um retículo cristalino. Enquanto certos corpos apresentam os elétrons bem presos aos átomos, em outros, algumas dessas partículas permanecem com certa liberdade de se movimentarem no cristal. É o que diferencia, em termos de condutibilidade elétrica, os corpos condutores dos isolantes. Nos corpos condutores muitos dos elétrons se movimentam livremente no cristal, de forma desordenada, isto é, em todas as direções. E, justamente por ser caótico, esse movimento não resulta em qualquer deslocamento de carga de um lado a outro do cristal.
Aquecendo-se a ponta de uma barra de metal, colocam-se em agitação os átomos que a formam e os que lhe estão próximos. Os elétrons aumentam suas oscilações e a energia se propaga aos átomos mais internos. Neste tipo de cristal os elétrons livres servem de meio de propagação do calor - chocam-se com os átomos mais velozes, aceleram-se e vão aumentar a oscilação dos mais lentos. A possibilidade de melhor condutividade térmica, portanto, depende da presença de elétrons livres no cristal. Estudando-se o fenômeno da condutibilidade elétrica, nota-se que, quando é aplicada uma diferença de potencial, por meio de uma fonte elétrica às paredes de um cristal metálico, os elétrons livres adquirem um movimento ordenado: passam a mover-se do pólo negativo para o pólo positivo, formando um fluxo eletrônico orientado no interior do metal. Quanto mais elétrons livres no condutor, melhor a condução se dá.
Os átomos de um metal têm grande tendência a perder elétrons da última camada e transformar-se em cátions. Esses elétrons, entretanto, são simultaneamente atraídos por outros íons, que então o perdem novamente e assim por diante. Por isso, apesar de predominarem íons positivos e elétrons livres, diz-se que os átomos de um metal são eletricamente neutros.
Fonte: pt.wikipedia.org
Do ponto de vista químico, os metais se caracterizam por possuir poucos elétrons na camada exterior do átomo. Segundo a teoria da ligação metálica, esses elétrons formam uma "nuvem eletrônica", que ocupa faixas limitadas no interior do metal, as chamadas zonas de Brillain, e podem passar facilmente de uma para outra, o que justifica a relativa liberdade de que desfrutam dentro da rede. O sólido metálico seria assim formado pelos núcleos dos átomos mergulhados nessa nuvem eletrônica, que pertence ao conjunto.
A ligação metálica explica a condutividade elétrica, a maleabilidade, a ductilidade e outras propriedades dos metais.
As ligas metálicas são uniões de 2 ou mais metais, podendo
ainda incluir semi-metais ou não. Exemplos de ligas metálicas
são:
aço (ferro + carbono), o bronze (cobre + estanho), ouro 18kilates (ouro
+ cobre), etc.
Fonte: www.rossetti.eti.br