O ponto de fusão do potássio é 63,5^{\circ} \mathrm{C}, enquanto o do titânio é 1812^{\circ} \mathrm{C}. Qual a explicação para esta grande diferença entre as temperaturas de fusão?

Passo 1

O enunciado nos dá os pontos de fusão de dois metais: o potássio, com ponto de fusão \;63{,}5^\circ\mathrm{C}, e o titânio, com ponto de fusão \;1812^\circ\mathrm{C}. O conteúdo envolvido é a ligação metálica e a energia de coesão nos cristais metálicos, que determina a temperatura de fusão.

Passo 2

No potássio, a configuração eletrônica é [Ar]\,4s^1, ou seja, há apenas um elétron de valência por átomo participando da rede metálica. Além disso, o raio atômico de potássio é relativamente grande, o que reduz a sobreposição entre orbitais 4s de átomos vizinhos. Como a energia de coesão metálica cresce com a densidade de elétrons de valência e com a eficácia da sobreposição orbital, o potássio forma ligações metálicas fracas e, consequentemente, tem baixo ponto de fusão.

Passo 3

No titânio, a configuração eletrônica é [Ar]\,3d^2\,4s^2, ou seja, existem quatro elétrons de valência (dois no orbital 4s e dois no orbital 3d) que participam da ligação metálica. Além disso, o raio atômico de titânio é menor que o de potássio, o que aumenta a sobreposição dos orbitais 3d e 4s entre átomos vizinhos. Essa maior densidade eletrônica de valência e melhor sobreposição orbital resultam em uma energia de coesão muito alta, elevando bastante o ponto de fusão.

Passo 4

A temperatura de fusão de um metal está relacionada à sua energia de coesão de rede cristalina. De modo resumido:
T_{\mathrm{fusão}}\;\propto\;E_{\mathrm{coesão}}ãã
onde E_{\mathrm{coesão}}ã cresce com o número de elétrons de valência disponíveis e com o grau de sobreposição entre orbitais atômicos. O potássio tem apenas um elétron de valência e grande raio atômico, resultando em E_{\mathrm{coesão}}ã baixo. O titânio, com quatro elétrons de valência e menor raio, exibe E_{\mathrm{coesão}}ã muito maior, justificando seu ponto de fusão elevado.

Resposta

A grande diferença decorre da força da ligação metálica: o potássio tem apenas um elétron de valência e grande raio atômico, gerando baixa energia de coesão e ponto de fusão baixo ( 63{,}5^\circ\mathrm{C}); o titânio tem quatro elétrons de valência (incluindo os 3d), menor raio e melhor sobreposição orbital, o que eleva muito sua energia de coesão e faz seu ponto de fusão chegar a 1812^\circ\mathrm{C}.

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