Compondo o grosso dos elementos químicos na tabela periódica, os metais estão entre algumas das substâncias mais versáteis e úteis conhecidas. O desenvolvimento de tecnologias de trabalho com metais para criar materiais foi provavelmente um dos avanços mais importantes da história humana. Os metais são omnipresentes no mundo moderno. Pontes, arranha-céus, barragens e automóveis – a maioria das construções industriais e de grande escala são compostas inteiramente ou pelo menos parcialmente de metais e os metais são um componente essencial na maior parte da eletrônica moderna.
Posto isto, o termo “metal” é muito amplo e engloba uma série de substâncias com propriedades diferentes, como o chumbo (um metal pesado denso), o mercúrio (um metal que é um líquido) e o sódio (um metal macio que pode ser cortado com uma faca). Então o que é que faz de um metal um metal, e quais são algumas propriedades dos metais que os tornam tão úteis?
What Are Metals?
Em química, o termo “metal” é normalmente usado para se referir aos elementos que ocupam os grupos 3-12 no bloco d da tabela periódica. Estes elementos são às vezes chamados de “metais de transição”. Os metais são distinguidos dos não metais em virtude das suas propriedades. Algumas propriedades comuns dos metais incluem:
- Dureza – os metais tendem a ser duros e resistentes à deformação
- Maleabilidade & Ductilidade – os metais podem dobrar-se e mudar de forma sem se quebrarem
- Condutividade – os metais tendem a ser bons condutores de calor e electricidade
- Brilho – os metais têm um brilho único, aspecto visual brilhante
- Magnetismo – Muitos metais são ferromagnéticos ou paramagnéticos
Além destas propriedades físicas, os metais também têm propriedades químicas específicas. Os metais tendem a ter baixas energias de ionização e a formar rapidamente iões positivos. A maioria dos metais tem um caráter básico e reagirá com ácidos para formar sais e água.
Os metais compõem a grande maioria dos elementos da tabela periódica. Cerca de 91 dos 118 elementos conhecidos são classificados como metais. 6 elementos (boro, silício, germânio, arsênio, antimônio e telúrio) são normalmente classificados como metalóides e têm uma mistura de propriedades metálicas e não metálicas.
O que faz um metal A Metal?
Até agora, nós acabamos de listar algumas propriedades comuns compartilhadas por metais. Uma outra questão é: Porque é que os metais têm as propriedades que eles têm? Ou seja, o que é a estrutura dos elementos metálicos que explica as suas propriedades comumente observadas?
As propriedades únicas dos metais podem ser explicadas pelas suas estruturas atómicas e electrónicas. Os elementos do bloco d da tabela periódica tendem a ter múltiplos orbitais vazios no invólucro do electrão. Quando os átomos metálicos se conglomeram, seus elétrons se deslocam e são compartilhados uniformemente entre os átomos. Pode-se pensar num metal como uma malha de catiões carregados positivamente, rodeados por um “mar” de elétrons. O grande número de orbitais de elétrons vazios significa que os elétrons podem se mover facilmente de átomo para átomo. A natureza deslocalizada das ligações metálicas é o que explica as propriedades únicas dos metais.
Na próxima seção, vamos dar uma olhada em profundidade em algumas propriedades chave dos metais e explicar como eles emergem de suas estruturas atômicas e elétricas
5 Incríveis propriedades dos metais
Dureza
Estritamente falando, nem todos os metais são duros a temperaturas e pressões padrão. O mercúrio é um líquido à temperatura ambiente e o gálio derrete na palma da mão em um dia quente. Alguns metais, como o sódio e potássio, são muito macios e podem ser cortados com uma faca, como um bolo.
No entanto, muitos metais são conhecidos por serem resistentes e resistentes à deformação mecânica. Esta tenacidade é uma das razões pelas quais os metais são tão úteis para aplicações industriais e em larga escala. A dureza dos metais pode ser explicada pela forma como os seus átomos estão dispostos uns em relação aos outros. A maioria dos metais tem atractivos intermoleculares muito fortes, o que faz com que os seus átomos se amontoem muito próximos uns dos outros. Como os átomos estão tão próximos uns dos outros, há muito pouco espaço entre eles e eles não se podem mover muito quando uma força externa é aplicada. O mesmo princípio explica a típica alta resistência à tração dos metais.
O arranjo físico dos átomos, bem apertado, também explica porque os metais tendem a ser densos e pesados. A densidade é uma medida da quantidade de massa por unidade de volume. Quando os átomos estão muito próximos uns dos outros, há uma grande quantidade de massa por unidade de volume, por isso os metais são densos
Malleabilidade & Ductilidade
Uma propriedade chave dos metais que os torna tão úteis é que eles podem ser moldados e moldados sem quebrar ou perder a tenacidade. Os metais são muito maleáveis, o que significa que podem ser comprimidos ou achatados sem rachar ou estilhaçar. Por exemplo, o ouro é um metal muito maleável. Um único pedaço de ouro do tamanho de uma caixa de fósforos pode ser achatado em uma folha do tamanho de uma quadra de tênis. A ductilidade refere-se à capacidade de uma substância de ser moldada sem perder a tenacidade. Os metais são dúcteis porque podem ser moldados em novas estruturas sem perder a resistência.
A maleabilidade e ductilidade dos metais são explicadas pela natureza delocalizada das ligações metálicas. Como os elétrons são deslocalizados, as folhas de átomos metálicos podem deslizar umas contra as outras sem quebrar nenhuma ligação química. Isto é exatamente o oposto do que pode acontecer em um composto iônico frágil, por exemplo. Em um composto iônico, os átomos são travados em uma estrutura rígida onde íons positivos e negativos são alinhados entre si. Quando uma camada é deslocada por uma força, os iões positivos e negativos ficam desalinhados e repelem-se uns aos outros. A repulsão provoca a fractura da substância.
Térmica &Condutividade eléctrica
Os metais também são conhecidos por serem condutores, o que significa que podem armazenar e transferir bem calor e electricidade. As capacidades dos metais para armazenar e transmitir calor e electricidade são chamadas de condutividade térmica e eléctrica, respectivamente.
Condutividade térmica
Os metais são conhecidos por serem bons condutores térmicos. A condutividade térmica explica porque se pode aquecer uma panela metálica no fogão e usá-la para cozinhar. O calor do fogão é transferido para a panela metálica. Esse calor é então transferido para a comida quando ela é cozinhada. Os metais são bons condutores térmicos porque a sua estrutura atómica bem embalada absorve a energia cinética de forma muito eficiente. Fundamentalmente, o calor é apenas o movimento das moléculas. Aquecer algo para cima é o mesmo que fazer as moléculas que o compõem moverem-se mais rapidamente. Como os átomos metálicos estão muito juntos, o movimento (calor) de qualquer átomo é prontamente transferido para seus vizinhos.
Condutividade elétrica
Os metais são bons condutores de eletricidade por causa de seus elétrons deslocados livremente. Quando uma tensão eléctrica é aplicada a um metal, um campo eléctrico desencadeia o movimento de cargas de electrões. Como os elétrons são deslocados, eles se movem muito facilmente sob a influência de um campo de elétrons. Nos metais condutores, os elétrons sempre fluem do terminal negativo para o positivo.
Luster
Metals também são conhecidos pela sua aparência visual única. Sob a luz, os metais têm uma aparência brilhante característica. Este brilho esteticamente agradável de metais como ouro, prata e platina explica seu valor e seu uso em jóias e ornamentação.
O brilho dos metais pode ser explicado pela interação da luz e dos elétrons. Nos metais, os elétrons são deslocados e livres para se moverem. Quando a luz (qualquer radiação EM) atinge a superfície, os elétrons absorvem os fótons e entram em um estado de energia excitada. Quando o elétron volta ao estado de terra, ele libera alguma energia na forma de um fóton. Como a quantidade de energia no sistema deve permanecer constante, o fotão emitido pelo electrão é da mesma frequência que o fotão que foi inicialmente absorvido pelo electrão. O olho humano percebe este processo como o brilho reflexivo brilhante associado aos metais.
Magnetismo
Outra propriedade característica dos metais é a sua capacidade de produzir e ser afectado por campos magnéticos. Um aspecto fundamental dos elétrons é que eles produzem um dipolo magnético; por exemplo, uma região de influência magnética com um pólo positivo e um pólo negativo. Em condições normais, os elétrons em metais são misturados de modo que seus dipolos não se alinhem entre si.
No entanto, sob a influência de um campo magnético externo, os elétrons se orientam de modo que todos os seus dipolos estejam apontando na mesma direção. A acção cumulativa dos dipolos resulta num campo magnético macroscópico que pode empurrar e puxar objectos. Os metais são propensos a ser magnetizados porque têm numerosos orbitais abertos de electrões. Como existem muitos orbitais abertos em metais, os electrões podem mover-se e mudar muito de orientação, por isso é mais fácil alinhar os seus campos magnéticos.
Materiais que se tornam magnéticos sob a influência de um campo magnético externo são chamados paramagnéticos. Tente esta experiência em casa: Pegue uma chave de fendas, algumas agulhas e um íman de cozinha. Tocar as agulhas na ponta da chave de fendas não faz nada, pois não há atração. A seguir, segure as agulhas contra o íman de cozinha durante um ou dois minutos. Quando tirar as agulhas, deve descobrir que agora elas são atraídas pela ponta da chave de fendas. Isto porque o campo magnético do íman de cozinha realinha os electrões na agulha de modo a que os seus pólos magnéticos fiquem todos alinhados.
Os materiais mais paramagnéticos não ficarão magnetizados indefinidamente. Flutuações térmicas aleatórias no material acabarão por fazer com que os dipolos fiquem desalinhados novamente. Alguns materiais são capazes de reter suas propriedades magnéticas após a remoção do campo magnético. Estes tipos de materiais são chamados ferromagnéticos. O níquel e o ferro são dois tipos de metais ferromagnéticos.