Ligações metálicas

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21/09/2016 
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Metallurgy and the 
Chemistry of Metals 
Chapter 21 
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A mineral is a naturally occurring substance with a range of chemical compositions. 
An ore is a mineral deposit concentrated enough to allow economical recovery of a desired 
metal. 
Metallurgy is the science and technology of separating metals from their ores and of 
compounding alloys. 
An alloy is a solid solution either of two or more metals, or of a metal or metals with one or 
more nonmetals. 
Recovery of a metal from its ore: 
1. Preparation of the ore 
2. Production of the metal 
3. Purification of the metal 
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Metals and Their Best-Known Minerals 
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Production of Metals 
Roasting 
CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) 
2PbS (s) + 3O2 (g) 2PbO (s) + 2SO2 (g) 
Chemical Reduction 
TiCl4 (g) + 2Mg (l) Ti (s) + 2MgCl2 (l) 
Cr2O3 (s) + 2Al (s) 2Cr (l) + Al2O3 (s) 
WO3 (s) + 3H2 (g) W (s) + 3H2O (g) 
Electrolytic Reduction 
2MO (l) 2M (at cathode) + O2 (at anode) 
2MCl (l) 2M (at cathode) + Cl2 (at anode) 
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Mn nodules on the ocean floor 
LIGAÇÃO METÁLICA 
 Definição: ligações entre átomos de metais 
que formam retículos cristalinos de cátions fixos 
unidos por uma nuvem de elétrons livres da 
camada de valência. 
LIGAÇÕES METÁLICAS 
 Que tipo de ligação as propriedades características 
dos metais sugerem? 
 
Os cristais metálicos tem como característica um enlace 
coletivo, quer dizer, os átomos se atraem uns aos outros graças 
a os elétrons quase não localizados, compartilhados por todos 
os átomos. 
Núcleo e 
camada 
eletrônica 
interna 
Elétrons 
externos 
“móveis” 
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LIGAÇÕES METÁLICAS 
 
Tal tipo de atração estabiliza a estrutura e ao mesmo tempo permite que o 
sólido sofra distorção sem esfarelar. 
 
 Por isso, os metais em geral são moles e facilmente deformáveis. 
 
 Alguns metais são duros (Cr e W) porque a ligação metálica é 
complementada por ligações covalentes entre cátions adjacentes (possuem o 
subnível (n-1)d parcialmente preenchido ou incompleto) e são capazes de 
compartilhar elétrons com cátions adjacentes no retículo cristalino. 
 
O ponto de fusão varia devido as diferenças no grau de ligação covalente 
complementar: Na 98 e W 3410 C. 
 
 
 
LIGAÇÕES METÁLICAS 
• Que propriedades os distinguem das outras substâncias ou dos 
outros materiais? 
 
Nº. de coordenação muito alto: 12 nas estruturas CFC e HC e 08 na CCC. 
Estrutura cúbica 
de face centrada 
Estrutura 
hexagonal centrada 
Estrutura cúbica 
de corpo centrado 
Características dos Metais 
 Sólidos a temperatura ambiente, exceção do Hg (líquido). 
 Apresentam brilho metálico; 
 Densidade superior a da água, exceção para os alcalinos. Menor Li = 0,53 
g/mL, maior Os = 22,5g/mL. 
 PF muito variável, menor Cs = 28,5°C, maior W = 3382°C. 
 Bons condutores de eletricidade e calor. (elétrons livres são capazes de 
transmitir energia rapidamente pelo metal) 
Maleabilidade e ductibilidade. 
* A ductilidade é a propriedade que representa o grau de deformação que um material 
suporta até o momento de sua fratura. Materiais que suportam pouca ou nenhuma 
deformação no processo de ensaio de tração são considerados materiais frágeis. 
Um material dúctil é aquele que se deforma sob tensão. Ouro, cobre e alumínio são 
metais muito dúcteis. O oposto de dúctil é frágil, quando o material se rompe sem sofrer 
grande deformação 
 
Características dos Metais 
MALEABILIDADE: A maleabilidade é uma propriedade que junto a ductilidade 
apresentam os corpos ao serem moldados por deformação. A maleabilidade permite a 
formação de delgadas lâminas do material sem que este se rompa, tendo em comum que 
não existe nenhum método para quantificá-los. 
O elemento conhecido mais maleável é o ouro, que se pode malear até dez milésimos de 
milímetro de espessura. Também apresenta esta característica, o alumínio, tendo-se 
popularizado o papel de alumínio como envoltório conservante para alimentos. 
Em muitos casos, a maleabilidade de uma substância metálica aumenta com a 
temperatura. Por isso, os metais são trabalhados mais facilmente a quente. Ele é um 
material sólido é maleável quando pode ser dobrado sem se romper. São exemplos de 
materiais maleáveis os papéis, alguns tipos de plásticos e os fios de cobre utilizados em 
instalações elétricas. 
Segundo o dicionário... Característica ou estado de maleável; qualidade daquilo que é 
flexível. 
Particularidade daquilo que se consegue reduzir a finas lâminas. 
 
 
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Ligas Metálicas 
 Definição: materiais com propriedades 
metálicas que contém dois ou mais elementos, 
sendo pelo menos um deles metal. Exemplos: 
 - Liga de metais para fusíveis ( Bi, Pb, Sn e Cd) 
 - Liga de ouro de joalharia (Au, Ag e Cu) 
 - Amálgama dental (Hg, Ag e Cu) 
 - Bronze ( Cu e Sn) 
 - Latão (Cu e Zn) 
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Increasing Metallic Character 
In
cr
ea
si
n
g 
M
et
al
lic
 C
h
ar
ac
te
r 
Condutividade 
Não condutor Semicondutor Condutor 
Bandas de valência e Bandas de condução 
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Semiconductors 
Si 
[Ne]3s23p2 
n-type semiconductor Si e Al 
donor impurities 
P 
[Ne]3s23p3 
p-type semiconductor Si e P 
acceptor impurities 
B 
[Ne]3s23p1 
As ligações eletrovalentes ou 
iônicas 
. 
“Deslizamento” ocorre 
no cristal metálico 
“Clivagem” ocorre no 
cristal iônico 
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As Propriedades Das Substâncias e as 
Ligações Químicas 
• . 
 
 
 
Ligações Iônicas Covalentes Metálicas 
substâncias Iônicas Covalentes Moleculares Metálicas 
Corpúsculos 
constituintes 
Íons positivos e 
negativos 
átomos Moléculas 
polares 
Moléculas 
apolares 
Íons positivos e 
elétrons 
Tipo de ligação Eletrovalentes covalente Dipolo 
permanente 
Dipolo induzido metálica 
Propriedades 
 
P oF (oC) 
P oE (oC) 
Altos: NaCl 
801 
1430 
Muito altos: C 
3550 
4830 
Baixos: H2O 
0 
100 
Baixos: CH4 
-183 
-162 
Variáveis 
Na 98 Fe 1535 
Na 880 Fe 3000 
Dureza grande Muito grande pequena Pequeníssima variável 
Cond. Elétrica: 
 Sólidos 
 
Baixa 
 
Isolante 
 
Baixa 
 
Baixíssima 
 
alta 
 Fundidos Alta Baixa Baixa Baixíssima Muito alta 
Solubilidade Mais solúvel nos 
solventes polares 
que nos apolares 
Insolúveis na 
maioria dos 
solventes 
Usualmente 
solúvel nos 
solventes polares 
solúvel nos 
solventes 
apolares e ligeira/ 
polares 
Insolúveis nos 
solventes usuais. 
Energia reticular 
(KJ/mol) 
CaCl2 623,3 
NaCl 770,2 
AgCl 904,2 
ZnO 4.035,3 
C(diam) 711,62 
Si 439,53 
SiO2 1.812,54 
 Ar 
 CH4 
 Cl2 
 CO2 
6,53 
8,20 
20,43 
25,24 
Li 159,07 
Ca 175,81 
Al 322,32 
Fe 414,41 
W 837,20 
Fonte: Elementos de Química Geral e Inorgânica – I. M. Rosenberg São Paulo: Companhia Editora Nacional, 1973, p333. 
 Ciscato C. A. M.e outros. Química, estudo dinâmico. São Paulo, atual, 1980, v3, p44.LIGAÇÕES METÁLICAS 
 Que propriedades os distinguem das outras substâncias 
ou dos outros materiais? 
 
 
• Brilho: são capazes de refletir muito bem a luz. Níveis 
de energia em um metal é contínua, diferença de E é 
pequena, absorve a luz em qualquer comprimento de 
onda, promoção para um estado de maior energia, ao 
retornar emite fóton. Este rápido e eficiente processo de 
absorção e reemissão de luz, faz com que a superfície de 
metal sejam reflexivas e brilhantes. 
• Conduzem bem o calor - usados na fabricação de 
panelas. 
• Apresentam ductibilidade; 
• Formam cátions, isto é, íons positivos. 
LIGAÇÕES METÁLICAS 
 Que propriedades os distinguem das outras substâncias 
ou dos outros materiais? 
 
 
• Condutividade elétrica: buracos positivos e elétrons 
surge a partir do movimento de elétrons e buracos em 
estados ocupados separados. Na aplicação de um campo 
elétrico, elétrons se movem para o lado positivo e os 
bruracos para o lado negativo. 
LIGAÇÕES METÁLICAS 
 Que propriedades os distinguem das outras 
substâncias ou dos outros materiais? 
 
Outra característica fundamental dos metais é que 
no estado sólido (e também no estado líquido) são 
bons condutores de eletricidade. 
Condutividade elétrica relativa C 
metais cobre 95 
alumínio 60 
zinco 27 
semi-metais silício 2,5x10-9 
germânio 3,5x10-6 
ametais enxofre 1x10-23 
iodo 1,2x10-13 
Carbono (grafite) 0,11 
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Eletroluminescência (EL): é um fenômeno óptico 
no qual um material emite luz em resposta a uma 
corrente elétrica que o atravessa, ou a um forte 
campo elétrico. 
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Esquema representativo do princípio básico da 
luminescência. 
 Luminescência é um fenômeno relacionado a capacidade 
que algumas substâncias apresentam em emitir radiação 
ótica resultante da excitação de seus átomos, moléculas e 
cristais. 
Propriedade - Luminescência 
Iluminação 
automotiva 
Iluminação interior 
 e exterior 
APLICAÇÕES - LED 
Displays 
Moda 
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