LIGAÇÕES METÁLICAS 1. CARACTERÍSTICAS A alta eletrpositividade dos metais levou os cientistas a estabelecer um modelo de ligação química de natureza elétrica baseado na atração entre íons positivos (cátions do metal e elétrons semilivres). Assim, na ligação entre átomos de um elemento metálico, ocorre liberação parcial de elétrons mais externos (da camada de valência), com a conseqüente formação de cátions (cátions fixos). Esses elétrons liberados são chamados de semilivres (ou mesmo de elétrons livres) porque possuem mobilidade na estrutura, mas não consegue abandonar o cristal. Os cátions do metal agrupam-se segundo um arranjo geométrico definido, denominado estrutura cristalina ou célula unitária.No sódio metálico, por exemplo, cada + célula unitária é formada de 9 cátions Na (rodeado por 9 elétrons livres). Os cátions metálicos que formam células unitárias têm suas cargas positivas estabilizadas pelos elétrons semilivres, que ficam envolvidos a estrutura como uma nuvem eletrônica. Cada amostra de metal é constituída por um número imenso de células unitárias. Os metais em geral são representados por seus símbolos , sem a indicação da quantidade de átomos envolvidos, que é muito grande e indeterminada. Exemplos: Na(s); Fe(s) ; Cu(s) ; Au(s); etc. Os elétrons semilivres são dotados de certo movimento, o que justifica a propriedade que os metais possuem de conduzir corrente elétrica na fase sólida.
2. ALGUMAS PROPRIEDADES DOS METAIS 9 São excelentes condutores de corrente elétrica, tanto na fase sólida como na fase líquida. 9 Praticamente todos os metais se apresentam na fase sólida nas condições ambientes; exceto o mercúrio que é líquido. 9 A maioria dos metais possui alto ponto de fusão e de ebulição. 9 Em geral os metais são sólidos moles (são facilmente riscados por outros materiais) com algumas exceções como o Irídio e o Crômio, cuja dureza é elevada. 9 Possuem alta tenacidade 9 Os metais são resistentes a tração, isto é, são resistentes as forças aplicadas ao se “puxar” ou “alongar” uma barra de fio metálico. 9 São facilmente transformados em lâminas (são maleáveis) 9 Possuem elevada ductibilidade, ou seja aquecendo um metal a altas temperaturas consegue-se transforma-lo num fio, fazendo-o passar em furos cada vez menores. 9 Os metais são insolúveis em água, óleo ou qualquer solvente semelhante, embora possam reagir com certos solventes (ácidos, bases e até com a água como ocorre com os metais alcalinos e alcalinos terrosos), sofrendo uma transformação química. 3. LIGAS METÁLICAS Raramente um metal puro apresenta todas as qualidades necessárias para determinada aplicação.Por exemplo: o ferro puro reage facilmente com oxigênio e é quebradiço, o magnésio é inflamável e muito reativo, o ouro e a prata são muito moles, o crômio e o irídio são excessivamente duros. Quando misturamos dois ou mais metais ou um metal com outra substância simples ( não necessariamente metálica), podemos conseguir um material com certas propriedades que cada substância não tinha individualmente e que serão úteis para determinada aplicação. A essa mistura de substâncias com propriedades específicas, cujo componente principal é um metal, dá-se o nome de liga metálica.
Liga metálica é uma mistura de substâncias cujo componente principal é um metal
Para obter uma liga metálica, é necessário submeter as substâncias que formarão a liga a uma temperatura elevada, até a fusão completa de todos os componentes para , em seguida, deixara mistura esfriar e solidificar totalmente. Exemplo de ligas importantes: 9 Aço: mistura de Fe (98,5), C( 0,5 a 17%) e traços de Si, S e P 9 Aço inox: mistura de aço (74%), Cr(18%) e Ni (8%) 9 Ouro de 18 quilates: mistura de Au(75%), Ag(12,5%) e Cu(12,5%) 9 Bronze: mistura de Cu (90%) e Sn (10%) 9 Latão: Cu (67%) e Zn (33%)
4. COMPOSTOS DE SEMIMETAIS Os semimetais possuem eletronegatividade média, isto faz com que tenham tendência tanto em atrair elétrons (na ligação com um elemento de baixa eletronegatividade como os metais) como em ceder elétrons (na ligação com um elemento de alta eletronegatividade como os ametais). A principal aplicação dos semimetais atualmente (principalmente o silício e germânio) está na fabricação de componentes eletrônicos, como diodo, transistores e microprocessadores (os chips para circuito de computador), que funcionam com base na propriedade de semicondução de corrente elétrica. 4.1. SEMICONDUÇÃO DE ELETRICIDADE O silício e o germânio possuem 4 elétrons na camada de valência. Na forma de substância simples , os átomos do cristal ficam em vibração constante e não uniforme. Ao sofrer uma variação de pressão e temperatura, alguns elétrons podem ganhar energia suficiente para liberar e ficar vagando pelo cristal. Os lugares vagos deixados pelos elétrons, denominados lacunas, podem então ser preenchidos por outros elétrons vizinhos criando uma nova lacuna que também pode vagar pelo cristal até encontrar outro elétron excedente. Quando isso ocorre, elétron e lacuna anulam-se mutuamente. Esse processo de formação e aniquilação de pares elétrons-lacunas é constante. Para que o semicondução de corrente elétrica seja otimizada e contínua, costuma-se dopar o matéria semicondutor.
Dopagem é a formação de cristais de silício ou germânio misturados com boro (B) fósforo (P) ou com o Arsênio (As) Os microprocessadores (chips), por exemplo, são feitos de silício ou germânio dopados e são eficientes e rápidos porque a corrente elétrica precisa percorrer apenas pequenas distâncias ao longo do circuito. 4.2. SEMICONDUÇÃO DO TIPO – P 2 2 1 O boro, 5B: 1s 2s 2p , possui apenas 3 elétrons na camada de valência. Se misturarmos com o silício ele irá provocar uma deficiência de elétrons na estrutura, dando origem ao semicondutor do tipo-P (positivo). A condução de corrente elétrica ocorre porque um átomo de boro em um grupo de átomos de silício deixa uma lacuna onde falta um elétron. É possível que o elétron de um átomo próximo se desloque preenchendo essa lacuna formando outra lacuna, que será preenchida por outro elétron e assim sucessivamente.
4.3. SEMICONDUÇÃO DO TIPO –N 2 2 6 2 3 O fósforo, 15P: 1s 2s 2p 3s 3p , possui 5 elétrons na camada de valência . Se o misturarmos com o silício, ele irá causar um aumento de carga negativa na estrutura dando origem ao que chamamos do semicondutor do tipo-N (negativo). O transporte de corrente elétrica ocorre porque o átomo de fósforo em um grupo de átomos de silício doa um elétron extra. Esse elétron extra pode se mover pelo cristal com relativa facilidade.