Ligações metálicas

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LIGAÇÕES METÁLICAS
Profª Drª Fernanda de Melo Pereira
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Ligações Metálicas
Características:
Não direcional
Compartilhamento dos elétrons de valência com todos os átomos
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Ligações Metálicas
Características:
Superfície metálica limpa possui lustre característico;
Sensação fria característica relacionada com a alta condutividade térmica dos metais;
Alta condutividade elétrica, a corrente flui facilmente por eles;
Muitos metais são maleáveis podendo ser moldados em folhas finas e dúcteis; esta propriedade indica que os átomos são capazes de deslizar uns em relação ao outro.
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Ligações Metálicas
Teoria do Mar de elétrons
O metal é visualizado como uma rede de cátions metálicos em um “mar” de elétrons de valência;
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Ligações Metálicas
Teoria do Mar de elétrons
Modelo mais simples que explica algumas das mais importantes características dos metais;
A condutividade térmica dos metais é explicada pela mobilidade dos elétrons, que permite a rápida transferência de energia cinética pelo sólido;
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Ligações Metálicas
Teoria do Mar de elétrons
pode ser explicada pelo fato de os átomos metálicos formarem ligações com muitos vizinhos;
Metais 
deformar 
Maleabilidade
ductibilidade
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Teoria do Mar de elétrons não explica adequadamente todas as propriedades;
Força de ligação
Átomos metálicos
À medida que aumenta o n° de elétrons de valência
aumentar
Aumento do Ponto de Fusão- PF
Ligações Metálicas
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MODELO DO ORBITAL MOLECULAR PARA OS METAIS
Ligações Metálicas
Os OA de valência em um átomo metálico superpõem-se com os dos vários vizinhos mais próximos, que por sua vez se superpõem com OA em outros átomos. 
n° OA = n° OM
 
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TEORIA DE BANDAS
Ligações Metálicas
BANDAS DE ENERGIA
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Quando a banda de energia é formada por sobreposição de OA de valência e está cheia ou parcialmente preenchida com elétrons é denominada banda de valência.
Ligações Metálicas
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Ligações Metálicas
Interações metal- metal ligantes
Interações antiligantes metal-metal
METAIS DO GRUPO 6B (Cr, Mo, W) POSSUEM O N° CORRETO DE ELÉTRONS PARA PREENCHER A BANDA DE ENERGIA QUE RESULTA DAS INTERAÇÕES METAL-METAL LIGANTES E DEIXAR OS ORBITAIS ANTILIGANTES METAL-METAL VAZIOS.
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Ligações Metálicas
GRUPO 3 - n° menor de elétrons que o grupo 6B portanto terão menos orbitais metal-metal ligantes ocupados;
GRUPO 8 - n° maior de elétrons que o grupo 6B portanto terão mais orbitais metal-metal antiligantes ocupados;
Em cada caso, a ligação metal-metal deve ser mais fraca que as dos metais do grupo 6, o que é consistente com as tendências no ponto de fusão
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TEORIA DE BANDAS
Ligações Metálicas
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TEORIA DE BANDAS
Ligações Metálicas
ENERGIA
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Ligações Metálicas
A Figura a ilustra a estrutura de bandas de energia característica dos metais que possuem apenas um elétron nos orbitais s, como cobre (Cu), sódio (Na), potássio (K), 
A Figura b ocorre nos sólidos metálicos formados por elementos cujo orbital ns encontra-se com dois elétrons. Ex. sólidos metálicos formados por elementos do grupo 2 da tabela periódica.
Nos metais, a banda de valência está parcialmente preenchida e existem duas estruturas possíveis para ela:
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Ligações Metálicas
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Ligações Metálicas
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Ligações Metálicas
Sólidos nos quais as bandas de energia estão completamente preenchidas ou completamente vazias são ISOLANTES ELÉTRICOS!!
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Ligações Metálicas
O Silício e o Germânio apresentam estruturas eletrônicas semelhantes à do diamante; 
A diferença de energia, Eg, entre as banda de valência e banda de condução diminui à medida que passamos do C(diamante) para o Si e para o Ge. 
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Ligações Metálicas
Como resultado existem alguns orbitais vazios na banda de valência, permitindo a condutividade elétrica;
Os elétrons da banda de energia superior também servem como transportadores de corrente elétrica.
O Si e Ge são SEMICONDUTORES, condutividade elétrica entre as dos metais e as dos isolantes.
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Semicondutores são sólidos nos quais a diferença de energia entre a banda de valência(BV) e a banda de condução(BC) é pequena;
Caso sejam resfriados ao zero absoluto, os elétrons ocuparão os níveis energéticos mais baixos possíveis. A BC estará vazia e o material será um isolante perfeito;
Ligações Metálicas
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À temperatura ambiente, alguns elétrons podem ser termicamente excitados da banda de valência para a banda de condução e assim o material pode conduzir eletricidade;
A condutividade observada de semicondutores está entre a dos isolantes e a de um metal e depende do número de elétrons na banda de condução. 
Ligações Metálicas
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Tanto o Si quanto o Ge possuem 4e- no nível mais externo e formam 4 ligações covalentes com outros átomos;
Em T muito baixas, tanto o Si como o Ge apresentam a BV preenchida e BC vazia. Sendo ISOLANTES e não podem conduzir corrente elétrica.
Á T ambiente, poucos elétrons de valência podem ganhar uma quantidade de energia suficiente para serem promovidos à BC.
Ligações Metálicas
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Se o cristal estiver conectado a um circuito elétrico, esses elétrons termicamente excitados conduzem uma pequena corrente elétrica e tornam o cristal de Si ou Ge ligeiramente condutor. SEMICONDUTIVIDADE INTRÍNSECA.
Á medida que a T aumenta, também aumenta a condutividade pois diminui a resistência elétrica;
O Si e Ge puros podem se tornar semicondutores de maneira controlada, mediante adição de impurezas que atuam como portadores de carga.
Ligações Metálicas
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Átomos com 5 ELÉTRONS externos como o arsênio, ou o fósforo, são adicionados ao cristal de Si ; ocorrendo portanto a dopagem do cristal:
Ligações Metálicas
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Ocorre a substituição aleatória de uma fração pequena de átomos de Si por átomos de As, com 5 elétrons no nível mais externo;
Somente 4 dos 5 elétrons do As são necessários para formar ligações no retículo cristalino;
Ligações Metálicas
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À T ambiente, esses elétrons do As são excitados à BC, onde podem conduzir a corrente elétrica :
 condução extrínseca
 Aumento da condutividade a um nível bem superior ao permitido pela condução intrínseca;
 a corrente é conduzida pelo excesso de elétrons, portanto há uma semicondução tipo n 
Ligações Metálicas
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Um cristal de Si dopado com alguns átomos contendo 3 elétrons externos como o Índio, In, boro B, ou gálio, Ga;
Ligações Metálicas
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 cada átomo de B utiliza seus 3 ELÉTRONS externos para formar 3 ligações no retículo mas são incapazes de formar as 4 ligações necessárias para completar a estrutura covalente;
Ligações Metálicas
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Uma das ligações está incompleta, e o lugar normalmente ocupado pelo elétrons é chamado de “lacuna positiva”
No Zero absoluto, ou a T baixas as lacunas positivas se localizam nos átomos de B;
À temperatura ambiente, um elétron de valência de um átomo de Si adjacente tem energia suficiente para formar uma nova lacuna positiva no átomo de Si, que aparentemente se move em direção oposta ao movimento do elétron.
Ligações Metálicas
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Por meio de uma série de saltos, a lacuna pode migrar através do cristal o que equivale a uma migração do elétron em direção oposta ocorrendo a condução de corrente;
Como a corrente é conduzida através do movimento de lacunas positivas 
 Semicondução tipo p
Ligações Metálicas
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Célula fotovoltáica
Junção
p-n irradiada com luz solar, 
Fótons tem energias que excedem a energia do intervalo de bandas
Formação de elétrons e lacunas positivas
elétrons serão promovidos
 BV para BC
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Alguns elétrons no semicondutor tipo-p absorvem energia a partir da luz solar e são promovidos para a banda de condução. Estes elétrons podem atravessar a junção p–n e sair da cela em direção a um circuito elétrico.
Célula fotovoltáica
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A habilidade dos metais em deformar (maleabilidade e ductibilidade) pode ser explicada pelo fato de os átomos metálicos formarem ligações com muitos vizinhos;
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, a combinação linear de N OA resulta na formação de N OM, cujas diferenças de
energia entre os OMs formados são tanto menores quanto maior for o número de átomos
que formam as ligação. Como conseqüência, o espaçamento entre os níveis de enrgia dos
OM diminui consideravelmente, tornando-se tão próximos uns dos outros, que, em lugar
de níveis discretos de energia, como ocorre em moléculas pequenas, teremos um conjunto
de níveis ou estados de energia, com intervalo virtualmente contínuo. Tais instervalos são
chamados de bandas de energia.
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Geralmente, a energia fornecida por um campo elétrico é suficiente para excitar um
grande número de elétrons próximos ao nível de Fermi para níveis mais elevados. O grande
número e elétrons livres origina as altas condutividades observadas nos metais, que são da
ordem de 107( m)-1. 
Por fim, nos metais, a condutividade diminui com o aumento da temperatura. Isso
se deve ao aumento das vibrações térmicas dos átomos da rede cristalina e de outras
irregularidades ou defeitos do retículo, os quais atuam como centros de espalhamento de
elétrons. O fenômeno do espalhamento é manifestado como uma resistência à passagem
de corrente elétrica.
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Parei aqui na Eng. Mecânica 30-05-2017
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