Sobre as propriedades dos materiais metálicos, responda:
Por que que os elétrons presentes na estrutura metálica apresentam alta mobilidade, sendo muitas vezes chamados de “elétrons livres”?
Por que que os elétrons presentes na estrutura metálica apresentam alta mobilidade, sendo muitas vezes chamados de “elétrons livres”?
Passo 1
O enunciado pergunta por que, na estrutura metálica, os elétrons de valência têm alta mobilidade e por que costumam ser chamados de “elétrons livres”. O conteúdo envolve ligar conceitos de ligação metálica e teoria de bandas eletrônicas para explicar o comportamento de condução nos metais.
Passo 2
Na ligação metálica, cada átomo de metal do cristal doa seus elétrons de valência para um “mar de elétrons” compartilhado por toda a rede. Esses elétrons não ficam associados a átomos específicos, mas se movem por todo o sólido. Como não estão presos a um núcleo em particular, eles não precisam ganhar energia para se desprender e, portanto, podem responder rapidamente a campos elétricos externos.
Passo 3
Pela teoria de bandas, os níveis de energia discretos dos átomos se combinam e se alargam em bandas nos sólidos. Nos metais, a banda de condução fica parcialmente preenchida — não há um “gap” de energia a ser superado para o elétron se deslocar. Assim, basta um campo elétrico muito fraco para causar deslocamento populacional de elétrons dentro dessa banda, gerando corrente elétrica.
Passo 4
Como esses elétrons ocupam estados em que sua energia potencial em relação à rede é baixa e estão em banda contínua, eles têm baixa massa efetiva e sofrem menos resistência interna à movimentação. Isso resulta em alta mobilidade e explica por que falamos em elétrons livres: eles se comportam quase como um gás de partículas carregadas, deslizando facilmente pela estrutura cristalina.
Resposta
Porque, na ligação metálica, os elétrons de valência se deslocalizam formando um “mar” ou banda de condução parcialmente preenchida, sem ficarem ligados a átomos específicos; assim, podem mover‐se livremente sob um campo elétrico, exibindo alta mobilidade e sendo chamados de elétrons livres.