Propriedades físicas e químicas dos metais - Ciência - 2023

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As propriedades dos metais,físicas e químicas, são fundamentais para a construção de inúmeros artefatos e obras de engenharia, além de ornamentos decorativos em diversas culturas e celebrações.

Desde tempos imemoriais que despertam curiosidade pelo seu aspecto atraente, contrastando com a opacidade das rochas. Algumas dessas propriedades mais valorizadas são alta resistência à corrosão, baixa densidade, grande dureza e tenacidade e elasticidade, entre outras.

Em química, ele está mais interessado em metais de uma perspectiva atômica: o comportamento de seus íons contra compostos orgânicos e inorgânicos. Da mesma forma, os sais podem ser preparados a partir de metais para usos muito específicos; por exemplo, sais de cobre e ouro.

No entanto, foram as propriedades físicas que primeiro cativaram a humanidade. Eles geralmente são caracterizados por serem duráveis, o que é especialmente verdadeiro no caso de metais nobres. Assim, qualquer coisa que se parecesse com ouro ou prata era considerada valiosa; moedas, joias, joias, correntes, estátuas, placas, etc. foram feitas.

Os metais são os elementos mais abundantes na natureza. Basta consultar a tabela periódica para se certificar de que quase todos os seus elementos são metálicos. Graças a eles, os materiais para conduzir a corrente elétrica em dispositivos eletrônicos estavam disponíveis; ou seja, são as artérias da tecnologia e os ossos dos edifícios.

Propriedades físicas dos metais

As propriedades físicas dos metais são aquelas que os definem e os diferenciam como materiais. Não é necessário que sofram qualquer transformação causada por outras substâncias, mas por ações físicas como aquecê-los, deformá-los, poli-los ou simplesmente olhá-los.

Brilho

A grande maioria dos metais é brilhante e também tem cores acinzentadas ou prateadas. Existem algumas exceções: o mercúrio é preto, o cobre é avermelhado, o ouro dourado e o ósmio mostra alguns tons azulados. Esse brilho se deve às interações dos fótons com sua superfície deslocalizada eletronicamente pela ligação metálica.

Dureza

Os metais são duros, exceto os alcalinos e alguns outros. Isso significa que uma barra de metal será capaz de arranhar a superfície que tocar. No caso dos metais alcalinos, como o rubídio, eles são tão macios que podem ser raspados com a unha; pelo menos antes de começarem a corroer a carne.

Maleabilidade

Os metais são geralmente maleáveis em diferentes temperaturas. Quando batidos, e se forem deformados ou esmagados sem fraturar ou desmoronar, o metal é considerado maleável e exibe maleabilidade. Nem todos os metais são maleáveis.

Ductilidade

Os metais, além de maleáveis, podem ser dúcteis. Quando um metal é dúctil, pode sofrer deformações na mesma direção, tornando-se como se fosse um fio ou arame. Se se sabe que um metal pode ser comercializado em rodas de cabos, podemos afirmar que se trata de um metal dúctil; por exemplo, fios de cobre e ouro.

Condutividade térmica e elétrica

Os metais são bons condutores de calor e eletricidade. Entre os melhores condutores de calor estão o alumínio e o cobre; enquanto aqueles que conduzem melhor a eletricidade são prata, cobre e ouro. Portanto, o cobre é um metal muito apreciado na indústria por sua excelente condutividade térmica e elétrica.

Sonoridade

Os metais são materiais sólidos. Se duas partes de metal forem tocadas, um som característico será produzido para cada metal. Os especialistas e amantes dos metais são, de fato, capazes de distingui-los pelo som que emitem.

Pontos de fusão e ebulição elevados

Os metais podem suportar altas temperaturas antes de derreter. Alguns metais, como tungstênio e ósmio, derretem a temperaturas de 3.422 ºC e 3.033 ºC, respectivamente. No entanto, o zinco (419,5ºC) e o sódio (97,79ºC) fundem a temperaturas muito baixas.

Entre todos eles, o césio (28,44 ºC) e o gálio (29,76 ºC) são os que derretem nas temperaturas mais baixas.

A partir desses valores, pode-se ter uma idéia do porquê do uso de arco elétrico em processos de soldagem e da ocorrência de flashes intensos.

Por outro lado, os próprios pontos de fusão elevados indicam que todos os metais são sólidos à temperatura ambiente (25 ° C); Com exceção do mercúrio, o único metal e um dos poucos elementos químicos que é líquido.

Ligas

Embora não seja uma propriedade física, os metais podem se misturar, desde que seus átomos consigam se adaptar para criar ligas. Estas são, portanto, misturas sólidas. Um par de metais pode ser ligado mais facilmente do que outro; e alguns de fato não podem ser ligados de forma alguma devido à baixa afinidade entre eles.

O cobre "se dá bem" com o estanho, misturando-se com ele para formar o bronze; ou com zinco, para formar latão. As ligas oferecem várias alternativas quando os metais sozinhos não podem atender às características exigidas para uma aplicação; como quando você deseja combinar a leveza de um metal com a tenacidade de outro.

Propriedades quimicas

As propriedades químicas são aquelas inerentes aos seus átomos e como eles interagem com moléculas fora de seu ambiente para deixar de ser metais, para assim se transformar em outros compostos (óxidos, sulfetos, sais, complexos organometálicos, etc.). Eles são, então, sobre sua reatividade e suas estruturas.

Estruturas e links

Os metais, ao contrário dos elementos não metálicos, não são agrupados como moléculas, M-M, mas sim como uma rede de átomos M mantidos juntos por seus elétrons externos.

Nesse sentido, os átomos metálicos permanecem fortemente unidos por um "mar de elétrons" que os banha, e vão por toda parte; ou seja, eles são deslocalizados, eles não são fixados em nenhuma ligação covalente, mas eles formam a ligação metálica. Essa rede é muito ordenada e repetitiva, então temos cristais metálicos.

Cristais metálicos, de diferentes tamanhos e cheios de imperfeições, e sua ligação metálica, são responsáveis pelas propriedades físicas observadas e medidas dos metais. O fato de serem coloridos, brilhantes, bons maestros e sonoros, tudo se deve à sua estrutura e realocação eletrônica.

Existem cristais onde os átomos são mais compactados do que outros. Portanto, os metais podem ser tão densos quanto chumbo, ósmio ou irídio; ou tão leve quanto o lítio, capaz até de flutuar na água antes de reagir.

Corrosão

Os metais são suscetíveis à corrosão; embora vários deles possam resistir excepcionalmente em condições normais (metais nobres). A corrosão é uma oxidação progressiva da superfície do metal, que acaba se desintegrando, causando manchas e buracos que estragam a superfície brilhante, além de outras cores indesejáveis.

Metais como o titânio e o irídio apresentam alta resistência à corrosão, pois a camada de seus óxidos formados não reage com a umidade, nem permitem que o oxigênio penetre no interior do metal. E dos metais mais fáceis de corroer temos o ferro, cuja ferrugem é bem reconhecível por sua cor marrom.

Agentes redutores

Alguns metais são excelentes agentes redutores. Isso significa que eles entregam seus elétrons para outras espécies famintas de elétrons. O resultado dessa reação é que eles acabam se tornando cátions, M^{n +}, Onde n é o estado de oxidação do metal; ou seja, sua carga positiva, que pode ser polivalente (maior que 1+).

Por exemplo, metais alcalinos são usados para reduzir alguns óxidos ou cloretos. Quando isso acontece com o sódio, o Na, ele perde seu único elétron de valência (porque pertence ao grupo 1) para se tornar um íon ou cátion sódio, o Na⁺ (monovalente).

Da mesma forma com o cálcio, Ca (grupo 2), que perde dois elétrons em vez de apenas um e permanece como um cátion divalente Ca²⁺.

Os metais podem ser usados como agentes redutores porque são elementos eletropositivos; eles são mais propensos a abrir mão de seus elétrons do que a obtê-los de outras espécies.

Reatividade

Tendo dito que os elétrons tendem a perder elétrons, é de se esperar que em todas as suas reações (ou na maioria) eles acabem se transformando em cátions. Agora, esses cátions aparentemente interagem com os ânions para gerar uma ampla gama de compostos.

Por exemplo, metais alcalinos e alcalino-terrosos reagem diretamente (e explosivamente) com água para formar hidróxidos, M (OH)_n, formado por M íons^{n +} e OH^–, ou por ligações M-OH.

Quando os metais reagem com o oxigênio em altas temperaturas (como aquelas atingidas por uma chama), eles se transformam em óxidos.₂OU_n (N / D₂O, CaO, MgO, Al₂OU₃, etc.). Isso ocorre porque temos oxigênio no ar; mas também nitrogênio, e alguns metais podem formar uma mistura de óxidos e nitretos, M₃N_n (TiN, AlN, GaN, Be₃N₂, Ag₃N, etc.).

Os metais podem ser atacados por ácidos e bases fortes. No primeiro caso, obtêm-se sais e, no segundo, hidróxidos ou complexos básicos.

A camada de óxido que cobre alguns metais impede que os ácidos ataquem o metal. Por exemplo, o ácido clorídrico não pode dissolver todos os metais formando seus respectivos cloretos metálicos, solúveis em água.

Referências

Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8ª ed.). CENGAGE Learning.
Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
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Wikipedia. (2019). Metal. Recuperado de: en.wikipedia.org