Uma ligação metálica é um tipo de ligação química formado entre átomos carregados positivamente nos quais os elétrons livres são compartilhados entre uma rede de cátions. Em contraste, covalente e ligações ionicas forma entre dois átomos discretos. A ligação metálica é o principal tipo de ligação química que se forma entre átomos de metal.
As ligações metálicas são vistas em puro metais e ligas e alguns metalóides. Por exemplo, o grafeno (um alótropo de carbono) exibe ligação metálica bidimensional. Os metais, mesmo os puros, podem formar outros tipos de ligações químicas entre seus átomos. Por exemplo, o íon mercurioso (Hg22+) pode formar ligações covalentes metal-metal. O gálio puro forma ligações covalentes entre pares de átomos que são ligados por ligações metálicas aos pares circundantes.
Como funcionam as ligações metálicas
Os níveis de energia externa dos átomos de metal (o s e p orbitais) se sobrepõem. Pelo menos um dos elétrons de valência que participam de uma ligação metálica não é compartilhado com um átomo vizinho, nem é perdido para formar um íon. Em vez disso, os elétrons formam o que pode ser chamado de "mar de elétrons", no qual os elétrons de valência são livres para se mover de um átomo para outro.
O modelo de mar de elétrons é uma simplificação excessiva da ligação metálica. Os cálculos baseados na estrutura da banda eletrônica ou nas funções de densidade são mais precisos. A ligação metálica pode ser vista como uma conseqüência de um material com muito mais estados de energia deslocalizados do que possui elétrons deslocalizados (deficiência de elétrons), portanto, elétrons não pareados localizados podem se deslocalizar e Móvel. Os elétrons podem mudar os estados de energia e se mover através de uma rede em qualquer direção.
A ligação também pode assumir a forma de formação de aglomerados metálicos, na qual elétrons deslocalizados fluem em torno de núcleos localizados. A formação de ligações depende muito das condições. Por exemplo, o hidrogênio é um metal sob alta pressão. À medida que a pressão é reduzida, a ligação muda de metálico para covalente não polar.
Relacionando ligações metálicas com propriedades metálicas
Como os elétrons são deslocalizados em torno de núcleos carregados positivamente, a ligação metálica explica muitas propriedades dos metais.
Condutividade elétrica: A maioria dos metais são excelentes condutores elétricos porque os elétrons no mar de elétrons são livres para se mover e carregar carga. Não-metais condutivos (como grafite), compostos iônicos derretidos e compostos iônicos aquosos conduzem eletricidade pela mesma razão - os elétrons são livres para se movimentar.
Condutividade térmica: Os metais conduzem o calor porque os elétrons livres são capazes de transferir energia da fonte de calor e também porque as vibrações dos átomos (fônons) se movem através de um metal sólido como uma onda.
Ductilidade: Os metais tendem a ser dúcteis ou capazes de se entrelaçar em fios finos porque as ligações locais entre os átomos podem ser facilmente quebradas e também reformadas. Átomos únicos ou folhas inteiras deles podem passar um pelo outro e reformar os títulos.
Maleabilidade: Os metais geralmente são maleáveis ou capazes de serem moldados ou triturados em uma forma, novamente porque os vínculos entre os átomos se quebram e se reformam prontamente. A força de ligação entre os metais não é direcional, portanto, desenhar ou moldar um metal tem menos probabilidade de fraturá-lo. Os elétrons em um cristal podem ser substituídos por outros. Além disso, como os elétrons são livres para se afastar um do outro, trabalhar um metal não força íons com carga semelhante, o que poderia fraturar um cristal através da forte repulsão.
Brilho metálico: Os metais tendem a ser brilhantes ou a exibir brilho metálico. Eles são opacos quando uma certa espessura mínima é alcançada. O mar de elétrons reflete fótons na superfície lisa. Existe um limite de frequência superior para a luz que pode ser refletida.
A forte atração entre átomos nas ligações metálicas fortalece os metais e proporciona alta densidade, alto ponto de fusão, alto ponto de ebulição e baixa volatilidade. Há exceções. Por exemplo, o mercúrio é um líquido em condições normais e possui uma alta pressão de vapor. De fato, todos os metais no grupo de zinco (Zn, Cd e Hg) são relativamente voláteis.
Quão fortes são as ligações metálicas?
Como a força de uma ligação depende de seus átomos participantes, é difícil classificar tipos de ligações químicas. Ligações covalentes, iônicas e metálicas podem ser fortes ligações químicas. Mesmo em metal fundido, a ligação pode ser forte. O gálio, por exemplo, é não volátil e possui um alto ponto de ebulição, mesmo com baixo ponto de fusão. Se as condições forem adequadas, a ligação metálica nem exige uma treliça. Isso foi observado nos vidros, que possuem uma estrutura amorfa.