Algumas das propriedades importantes dos materiais sólidos dependem dos arranjos atômicos geométricos dos átomos, bem como das interações que existem entre os átomos ou moléculas constituintes. Descreva os arranjos atômicos e as interações que existem entre os átomos metálicos.
Passo 1
Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente descrever (1) como os átomos se organizam num metal e (2) quais interações mantêm tudo unido. O conteúdo aqui é Estrutura Cristalina de Metais e Ligação Metálica. Para resolver, vamos precisar entender:
- Os tipos de rede cristalina mais comuns nos metais (FCC, BCC, HCP).
- O conceito de ligação metálica (o “mar de elétrons” e íons positivos).
Passo 2
Primeiro, os arranjos atômicos (redes cristalinas):
- FCC (Face-Centered Cubic, cúbica de faces centradas)
- Cada célula tem átomos nos 8 vértices e no centro de cada face.
- Coordenação (número de vizinhos mais próximos): 12.
- Exemplos: Al, Cu, Ag, Au.
- BCC (Body-Centered Cubic, cúbica de corpo centrado)
- Átomos nos 8 vértices + 1 átomo no “meio” da célula.
- Coordenação: 8.
- Exemplos: Fe (α-Fe), Cr, W.
- HCP (Hexagonal Close-Packed, empacotamento hexagonal)
- Camadas alternadas ABAB, cada átomo tem 12 vizinhos.
- Exemplos: Mg, Ti, Zn.
Essas redes são “fechadas” porque maximizam a proximidade dos átomos, ocupando o máximo de espaço possível.
Passo 3
Agora, as interações entre os átomos metálicos (ligação metálica):
- Cada átomo “perde” parcialmente seus elétrons de valência para um mar coletivo de elétrons deslocalizados.
- Os núcleos positivos (cátions metálicos) ficam imersos nesse mar, atraindo-se eletrostaticamente aos elétrons livres.
- Essa atração “íon–mar de elétrons” é a ligação metálica, responsável por:
• Alta condutividade elétrica e térmica (elétrons móveis transportam carga e calor).
• Maleabilidade e ductilidade (camadas de átomos podem deslizar sem quebrar a ligação).
• Brilho metálico (elétrons refletem luz na superfície).
Resposta
Os metais cristalizam preferencialmente em redes FCC, BCC ou HCP, otimizando o empacotamento atômico (coordenações 8 ou 12). A ligação metálica ocorre porque átomos cedem elétrons a um “mar” coletivo, unindo os cátions metálicos pela atração eletrostática entre núcleos e elétrons deslocalizados. Essa combinação de arranjo compacto e mar de elétrons explica as propriedades típicas dos metais.