Teoria Das Bandas Em Metais 115026

Ligações Metálicas

Ligação metálica É o tipo de ligação que ocorre entre os átomos de metais. Quando muitos destes átomos estão juntos num cristal metálico, estes perdem seus elétrons da última camada. Forma-se, então, uma rede ordenada de íons positivos mergulhada num mar de elétrons em movimento aleatório. Se aplicarmos um campo elétrico a um metal, orientamos o movimento dos elétrons numa direção preferencial, ou seja, geramos uma corrente elétrica

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Quando aplica-se uma voltagem elétrica a um metal, os elétrons no mar de elétrons podem se mover facilmente e transportar uma corrente.

Metais Grande número de entidades iguais mantidas coesas em um retículo cristalino.

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O modelo do “mar de elétrons”

Os elétrons de valência não estão ligados aos átomos, mas deslocalizados por todo o retículo, movendo-se em todas as direções e sendo compartilhados por todos os cátions com igual probabilidade.

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Modelo Mar de Elétrons Retículo de esferas rígidas (cátions) mantidos coesos por elétrons que podem se mover livremente – elétrons livres (“mar de elétrons”). Elétrons mais externos encontram muito longe do núcleo.

se

Os metais possuem baixa energia de ionização – tornam-se cátions facilmente. A força de coesão seria resultante da atração entre os cátions no reticulado e a nuvem eletrônica.

Principais características e propriedades das ligações metálicas São não direcionais – atração eletrostática. Força da ligação metálica – depende da carga dos cátions Brilho metálico – interação dos elétrons do metal com os diversos comprimentos de onda incidentes (quase todas as transições são permitidas).

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Principais características e propriedades das ligações metálicas Condução da energia elétrica – elétrons são promovidos a níveis energéticos mais elevados que estão disponíveis (vazios). Condução de energia térmica: Elétrons “deslocalizados” interagem fracamente com os núcleos. No aquecimento os elétrons adquirem grande quantidade de energia cinética e deslocam-se para as regiões mais frias. Dissipação desta energia através de choque com outras partículas levando a aquecimento do retículo. Vibração dos cátions em suas posições no retículo cristalino também contribui – razão pela qual a condutividade elétrica dos metais cai com o aumento da temperatura.

Características dos Metais Dureza, ponto de fusão e ponto de ebulição – dependem primordialmente da força das ligações metálicas. Os átomos de um metal no estado sólido estão arranjados de modo a formar figuras geométricas bem definidas – os retículos metálicos.

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Características dos Metais • Ductilidade e Maleabilidade capacidade de formar fios e lâminas

Características dos Metais Podem formar uma grande quantidade de ligas metálicas combinando-os com outros metais ou outros elementos da Tabela Periódica

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Ligas metálicas Materiais com propriedades metálicas que contém dois ou mais elementos sendo que pelo menos um deles é metal. As ligas possuem propriedades diferentes dos elementos que as originam. Algumas propriedades são tais como diminuição ou aumento do ponto de fusão, aumento da dureza , aumento da resistência mecânica.

Ligas metálicas

Exemplos de Ligas Liga

Composição

Utilização

Amálgama dental

mercúrio, prata e estanho

obturações dentárias

Bronze

cobre e estanho

fabricação de sinos, estátuas e moedas

Aço inoxidável

carbono, ferro, cromo e níquel

Fabricação de utensílios de cozinha e peças de carro

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Principais características dos retículos metálicos Estrutura cristalina de metais Ligação metálica: não-direcional.

Ligação metálica: sem restrições sobre número e posição dos vizinhos mais próximos.

Ligação metálica ⇒ empacotamento denso!

Principais estruturas dos retículos metálicos Cúbica de Face Centrada (CFC)

Ex.: Al, Cu, Au, Pb, Ni, Pt, Ag

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Principais estruturas dos retículos metálicos Estrutura CFC Átomos se tocam ao longo da diagonal das faces

4R2 = a2 +a2 a = 2R√2

Principais estruturas dos retículos metálicos Número de Coordenação Número de vizinhos mais próximos

CFC = 12

(6 faces x 1/2 átomo) + (8 vértices x 1/8 átomo) = 4 átomos / célula unitária

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Principais estruturas dos retículos metálicos Fator de Empacotamento Atômico (FEA)

Volume de átomos em uma célula unitária

FEA=

FEA =

Volume de átomos em uma célula unitária

Volume total da célula unitária Volume total da célula unitária

Principais estruturas dos retículos metálicos Fator de Empacotamento Atômico (FEA)

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Principais estruturas dos retículos metálicos Cúbica de Corpo Centrado (CCC)

Ex: Cr, W, Fe, Ta, Mo

N.C. = 8 (1 átomo central) + (8 vértices x 1/8 átomo) = 2 átomos/célula unitária FEA = 0,68

Principais estruturas dos retículos metálicos Cúbica de Corpo Centrado (CCC) Átomos tocam-se ao longo da diagonal do cubo

a 3a√3(diagonal do cubo) a= (diagonal deauma face do cubo)

ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo

a 2 R

a

a=

4R 3

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Principais estruturas dos retículos metálicos Estrutura Hexagonal Compacta (HC)

Ex.: Zn, Cd, Mg, Ti c

a√3

a

c/a= 1,633

a= a Número de Coordenação: 12

ex: Cr, W, Fe (α), Ta, Mo

(12 átomos vértice) x (1/6 átomo + 2 faces) x (1/2 átomo + 3 átomos centrais) = FEA = 0,74 6 átomos/célula unitária

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