Faça a representação do modelo de ligação metálica gás de elétrons “livres” e com este explique por que os metais são excelentes condutores elétricos. Em sua resposta utilize os requisitos para haver condução elétrica.
Passo 1
O enunciado pede que a gente represente o modelo de ligação metálica baseado no “gás de elétrons livres” e, a partir desse modelo, explique por que metais são excelentes condutores elétricos. O conteúdo aqui é química/física do estado sólido, especificamente ligação metálica e condução elétrica. Para resolver, precisamos (1) desenhar simbolicamente como os átomos metálicos cedem elétrons e formam um reticulado de cátions imerso num mar de elétrons; (2) listar os requisitos para haver condução elétrica; (3) mostrar como o modelo satisfaz esses requisitos.
Passo 2
No modelo de gás de elétrons livres, cada átomo metálico
doa elétrons para um “mar” coletivo. Simbolicamente:
Os íons
formam um reticulado cristalino regular, enquanto os elétrons
ficam deslocalizados, ocupando todo o sólido como num gás quântico degenerado. Esse “mar de elétrons” é a representação característica do modelo.
Passo 3
Para ocorrer condução elétrica, precisamos de dois requisitos básicos:
- Portadores de carga móvel (elétrons ou íons) disponíveis em número suficiente.
- Níveis de energia livres para esses portadores se deslocarem quando aplicamos um campo elétrico (isto é, bandas parcialmente preenchidas ou sobreposição de banda de condução e valência).
Passo 4
No modelo metálico:
– Há altíssima densidade de elétrons livres, pois cada átomo cede pelo menos um elétron ao “mar”.
– Esses elétrons ocupam bandas de energia contínuas e parcialmente preenchidas, de modo que uma pequena diferença de potencial desloca muitos elétrons.
– A forte deslocalização (ausência de ligação pontual) e a superposição de bandas garantem que não haja gap proibitivo, facilitando o movimento sob campo elétrico.
– Há altíssima densidade de elétrons livres, pois cada átomo cede pelo menos um elétron ao “mar”.
– Esses elétrons ocupam bandas de energia contínuas e parcialmente preenchidas, de modo que uma pequena diferença de potencial desloca muitos elétrons.
– A forte deslocalização (ausência de ligação pontual) e a superposição de bandas garantem que não haja gap proibitivo, facilitando o movimento sob campo elétrico.
Assim, o metal atende simultaneamente aos requisitos de ter portadores em grande quantidade e níveis de energia acessíveis, resultando em baixíssima resistência e excelente condutividade elétrica.
Resposta
Metais são excelentes condutores porque, no modelo de gás de elétrons livres, formam-se cátions
em um reticulado imerso num mar de elétrons deslocalizados, o que fornece grande quantidade de portadores livres e bandas de energia parcialmente preenchidas, permitindo que os elétrons respondam quase sem barreiras a um campo elétrico aplicado.