Porque geralmente os materiais em que o caráter covalente da ligação é muito significativo (materiais cerâmicos, por exemplo) são menos densos que aqueles em que predomina a ligação metálica?
Porque as ligações covalentes são altamente direcionais, o que dificulta a formação de estruturas compactas (densas), como as que ocorrem em sólidos onde as ligações não têm caráter direcional, como é o caso dos materiais metálicos, onde são observadas estruturas com empacotamento compacto de átomos. Além disso alguns elementos metálicos já são mais densos mesmos.
Passo 1
O enunciado pergunta por que materiais cujas ligações são fortemente covalentes (como muitas cerâmicas) geralmente têm densidade menor do que materiais de ligação metálica. O conteúdo envolve entender como o caráter direcional das ligações covalentes influencia o empacotamento atômico e comparar isso com o empacotamento em sólidos metálicos.
Passo 2
Ligações covalentes são altamente direcionais: cada átomo “aponta” seus elétrons para formar ligações em ângulos e orientações bem definidas. Isso cria estruturas tridimensionais abertas (rede tetraédrica em Si
, por exemplo) em que há muito espaço vago entre os átomos.
Como consequência dessa direcionalidade, o fator de empacotamento — isto é, a fração de volume ocupado pelos átomos na estrutura cristalina — é baixo em sólidos covalentes. Quanto menor esse fator, menor a massa por volume, ou seja, menor a densidade.
Como consequência dessa direcionalidade, o fator de empacotamento — isto é, a fração de volume ocupado pelos átomos na estrutura cristalina — é baixo em sólidos covalentes. Quanto menor esse fator, menor a massa por volume, ou seja, menor a densidade.
Passo 3
Em contraste, a ligação metálica não é direcional: os elétrons de valência formam uma “nuvem” que envolve todos os átomos, permitindo invariavelmente altos números de coordenação (
em fcc e hcp) e empacotamento compacto (fator de empacotamento
).
Além disso, muitos metais têm átomos com maior número atômico e massa atômica elevada, o que também contribui para as densidades mais altas nesses sólidos.
Além disso, muitos metais têm átomos com maior número atômico e massa atômica elevada, o que também contribui para as densidades mais altas nesses sólidos.
Resposta
Materiais covalentes têm ligações diretas e ângulos fixos que geram redes abertas e baixo fator de empacotamento, resultando em densidade menor; já os metais, com ligação não direcional e empacotamento compacto (e átomos mais pesados), apresentam densidades elevadas.