O ponto de fusão do potássio é
, enquanto o do titânio é
. 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
, e o titânio, com ponto de fusão
. 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
, 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
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
, ou seja, existem quatro elétrons de valência (dois no orbital
e dois no orbital
) 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
e
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:
onde
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
baixo. O titânio, com quatro elétrons de valência e menor raio, exibe
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 (
); o titânio tem quatro elétrons de valência (incluindo os
), menor raio e melhor sobreposição orbital, o que eleva muito sua energia de coesão e faz seu ponto de fusão chegar a
.