Por que os metais conduzem eletricidade?
Porque os prótons contidos na sua estrutura são deslocalizados.
Porque os cátions contidos na sua estrutura são deslocalizados.
Porque os elétrons contidos na sua estrutura são deslocalizados.
Porque os prótons e os elétrons contidos na sua estrutura são deslocalizados.

Passo 1

O enunciado pergunta: “Por que os metais conduzem eletricidade?” e apresenta quatro alternativas:
  • Porque os prótons contidos na sua estrutura são deslocalizados.
  • Porque os cátions contidos na sua estrutura são deslocalizados.
  • Porque os elétrons contidos na sua estrutura são deslocalizados.
  • Porque os prótons e os elétrons contidos na sua estrutura são deslocalizados.
Informações dadas (explícitas nas alternativas):
  • Há menção a prótons (que podemos anotar como p^+).
  • Há menção a cátions (que podemos anotar genericamente como M^{n+}).
  • Há menção a elétrons (que podemos anotar como e^-).
    A tarefa é escolher qual dessas afirmações explica corretamente a condução elétrica nos metais.

Passo 2

O que significa “conduzir eletricidade”? Conduzir eletricidade é permitir o fluxo de cargas elétricas quando aplicamos uma diferença de potencial (uma tensão). Esse fluxo é a corrente elétrica: cargas livres movendo-se ordenadamente sob a ação de um campo elétrico. Portanto, para que um material conduza bem, ele precisa ter cargas que sejam móveis dentro do material.

Passo 3

Onde estão as partículas num metal? Num metal sólido, os átomos estão organizados em uma rede (cristal). Cada átomo tem um núcleo contendo prótons e neutrões, e ao redor existem elétrons. Os prótons ( p^+) estão presos no núcleo e os núcleos inteiros (ou íons positivos) ocupam posições fixas na rede cristalina. Ou seja, prótons e átomos inteiros não se movem livremente no estado sólido: eles ficam praticamente fixos, vibrando em torno de posições.

Passo 4

O papel dos elétrons de valência. Muitos metais têm um ou poucos elétrons na camada externa (elétrons de valência). Esses elétrons não ficam rigidamente presos a um átomo: nas ligações metálicas eles ficam “compartilhados” por toda a rede — costumamos chamar isso de “mar de elétrons” ou elétrons deslocalizados. Esses elétrons são móveis dentro do metal e podem se deslocar quando aplicamos uma tensão.

Passo 5

Explicando com mais didática: “elétrons deslocalizados” quer dizer que o elétron não pertence a um único átomo, mas pode ocupar estados que se estendem por muitos átomos. Quando ligamos uma bateria, o campo elétrico faz com que esse mar de elétrons adquira um movimento ordenado (um pequeno deslocamento chamado velocidade de deriva). Como há muitos elétrons disponíveis e eles se movem, aparece corrente elétrica grande mesmo que a velocidade de cada elétron seja pequena.

Passo 6

Por que os prótons não são a causa? Prótons ( p^+) estão no núcleo; eles são pesados e rigidamente presos à posição do átomo na rede cristalina. Eles não se movem através do metal para carregar corrente elétrica. Portanto a alternativa que afirma que a condução ocorre porque os prótons são deslocalizados está errada.

Passo 7

Por que os cátions não são a causa? Em modelos de ligação metálica fala-se que os átomos viram íons positivos (cátions, M^{n+}) imersos num mar de elétrons. Esses cátions formam a rede fixa; eles não se deslocam livremente no sólido (exceto em casos de difusão muito lenta ou quando o metal está líquido). Condução elétrica em metais sólidos não se dá por movimento dos cátions, mas sim por movimento dos elétrons. Logo a alternativa sobre cátions deslocalizados está errada para explicar condução elétrica em metais sólidos.

Passo 8

E se disséssemos “prótons e elétrons deslocalizados”? Isso implicaria que tanto núcleos quanto elétrons se movem livremente — o que não é verdade no sólido. Núcleos (ou prótons) permanecem essencialmente fixos; só os elétrons estão deslocalizados. Assim, a alternativa que combina ambos também está incorreta.

Passo 9

Resumo e conclusão didática curta: a essência é que os metais têm elétrons de valência que formam um conjunto de elétrons livres/deslocalizados capazes de se mover sob um campo elétrico, produzindo corrente. Essa é a explicação física padrão (modelo do mar de elétrons / teoria de bandas: os metais têm elétrons em bandas que permitem movimento fácil).

Resposta

Porque os elétrons contidos na sua estrutura são deslocalizados.

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