(UFC-CE) Nenhuma teoria convencional de ligação química é capaz de justificar as propriedades dos compostos metálicos. Investigações indicam que os sólidos metálicos são compostos de um arranjo regular de íons positivos, no qual os elétrons das ligações estão apenas parcialmente localizados. Isso significa dizer que se tem um arranjo de íons metálicos distribuídos em um “mar” de elétrons móveis. Com base nessas informações, é correto afirmar que os metais, geralmente:
a) têm elevada condutividade elétrica e baixa condutividade térmica.
b) são solúveis em solventes apolares e possuem baixas condutividades térmica e elétrica.
c) são insolúveis em água e possuem baixa condutividade elétrica.
d) conduzem com facilidade a corrente elétrica e são solúveis em água.
e) possuem elevadas condutividades elétrica e térmica.

Passo 1

O enunciado descreve o modelo metálico: um arranjo regular de íons positivos imersos num “mar” de elétrons móveis. A pergunta pede que, com base nessa descrição, se escolha a alternativa correta sobre propriedades gerais dos metais entre as opções (a) a (e).
Informações relevantes dadas:
  • Há íons positivos fixos (rede metálica).
  • Os elétrons de valência estão delocalizados e móveis (o “mar” de elétrons).
  • Precisa-se optar entre afirmações sobre condutividade elétrica, condutividade térmica e solubilidade.

Passo 2

Entender por que metais conduzem eletricidade: ideia principal.
Quando os elétrons estão delocalizados e móveis, sob a ação de um campo elétrico \mathbf{E} esses elétrons adquirem uma velocidade média de arraste v_d e produzem uma corrente elétrica. A densidade de corrente \mathbf{J} pode ser escrita como
\mathbf{J}=n e \mathbf{v}_d,
onde:
  • n é o número de elétrons móveis por unidade de volume (densidade de portadores),
  • e é a carga do elétron,
  • \mathbf{v}_d é a velocidade média de deriva.
    Empiricamente temos também a lei de Ohm local \mathbf{J}=\sigma \mathbf{E}, onde \sigma é a condutividade elétrica. Comparando as ideias, quanto maior n e mais facilmente os elétrons se movimentam, maior é \sigma. Assim, o “mar” de elétrons torna os metais bons condutores elétricos. Pense assim: os elétrons já estão livres — basta empurrá‑los um pouquinho que nasce corrente. Isso explica por que lâminas e fios metálicos conduzem bem.

Passo 3

Por que metais conduzem calor bem também.
Além de transportar carga, elétrons móveis transportam energia térmica ao se deslocarem e colidirem com íons. Em metais a contribuição eletrônica para a condutividade térmica \kappa é significativa; qualitativamente, elétrons rápidos carregam energia térmica eficientemente pelo sólido. Existe uma relação conhecida (Wiedemann–Franz) conectando \kappa e \sigma:
\frac{\kappa}{\sigma}=L T,
onde T é a temperatura absoluta e L é a constante de Lorenz (isso é uma consequência da mesma população de portadores responsáveis por carga e calor). Não é preciso decorar a fórmula para a prova, mas é útil para entender: materiais com muitos portadores livres tendem a ter alta condutividade elétrica e também térmica.

Passo 4

Solubilidade e comportamento químico dos metais.
“Solubilidade em água” significa que o metal se dissolve como tal em água líquida sem reagir. Para a maioria dos metais maciços, isso não ocorre: metais sólidos são insolúveis em solventes comuns (apolares ou polares) como sólidos. Alguns metais reagem com água (por exemplo, sódio metálico) formando íons e hidrogênio, mas isso é reação química, não simples dissolução física. Quanto a solventes apolares (como hexano), metais não “se dissolvem” porque não formam interações favoráveis com tais moléculas — o metal sólido tem ligação metálica muito diferente das forças de dispersão entre moléculas apolares. Portanto, afirmar que metais são solúveis em solventes apolares é, em geral, falso.

Passo 5

Resumo prático e outras consequências úteis em prova.
  • Alta condutividade elétrica: verdadeiro — elétrons livres permitem corrente no estado sólido.
  • Alta condutividade térmica: verdadeiro — mesmos portadores (elétrons) transportam calor.
  • Solubilidade em água: geralmente não — metais sólidos são insolúveis; alguns reagem.
  • Solubilidade em solventes apolares: não, normalmente não dissolvem.
  • Baixa condutividade térmica e elétrica: isso contradiz o modelo do mar de elétrons.
Como dica de prova: se o enunciado destaca elétrons livres, espere propriedades relacionadas a transporte de carga e calor (alta condutividade elétrica e térmica) e ductilidade/maleabilidade (porque a ligação metálica é não direcional, camadas de íons podem deslizar).

Passo 6

Análise das alternativas do enunciado (breve, ligando ao que foi explicado):
  • (a) “elevada condutividade elétrica e baixa condutividade térmica” — contradiz o fato de que elétrons livres aumentam ambas; portanto falso.
  • (b) “solúveis em solventes apolares e baixas condutividades térmica e elétrica” — solubilidade em apolares é falsa e condutividades são altas; portanto falso.
  • (c) “insolúveis em água e baixa condutividade elétrica” — a primeira parte pode ser geralmente verdadeira, mas a baixa condutividade elétrica é falsa; portanto falso.
  • (d) “conduzem com facilidade a corrente elétrica e são solúveis em água” — conduzem, mas a solubilidade em água como metal é falsa; portanto falso.
  • (e) “possuem elevadas condutividades elétrica e térmica” — isso está de acordo com o modelo do mar de elétrons e com as explicações dos passos anteriores; portanto correto.

Passo 7

Conclusão: a alternativa que melhor descreve, de forma geral, as propriedades dos metais segundo o modelo apresentado é a alternativa (e), porque o conjunto de elétrons delocalizados confere alta condutividade tanto elétrica quanto térmica.

Resposta

e)

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