CD ROM - Química

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Subtítulos
• É a ligação que ocorre entre os átomos dos metais.
• Alotropia
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CAPÍTULO 18
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Ligação metálica
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É a ligação que ocorre entre os átomos dos metais.
Os metais constituem o grupo mais numeroso entre os elementos químicos.
O papel que estes elementos tiveram no desenvolvimento da humanidade é tão
significativo que se fala em idade da pedra, idade do bronze, idade do ferro.
Alguns, como o sódio e o potássio, estão dissolvidos na água do mar. Os demais
precisam ser extraídos de jazidas que se encontram acima ou abaixo da superfície terrestre, em depósitos. Alguns são tão pouco reativos que é possível encontrá-los em estado puro, como a prata, o ouro, a platina. Já em 3000 a.C., os
Sumérios sabiam obter cobre e ligá-lo ao estanho, produzindo o bronze. Assim
substituíram armas e utensílios de pedra por metal. Posteriormente, o bronze, em
muitos casos, foi sendo substituído pelo ferro. As pontas de flechas de ferro deram
muito mais eficiência à caça, e seu uso no arado, em 1000 a.C., mudou de forma
espetacular a agricultura, enquanto que ferraduras e aros de metal em rodas
melhoraram os primeiros meios de transporte terrestres.
Ferramentas de ferro, tais como martelos, serrotes, plainas e pregos, incrementaram a construção civil. Isto sem falar dos utensílios domésticos, como
panelas e pratos, e das armas, dos escudos ou dos cascos de embarcações. A
descoberta de que a adição de carbono ao ferro seria capaz de melhorar ainda
mais suas propriedades no aço representou um novo salto na utilização dos
metais.
A partir do século XVIII, o desenvolvimento da máquina a vapor e dos
motores de explosão contribui, com
suas exigências, para um enorme desenvolvimento da indústria siderúrgica: a produção de trilhos, pontes, trens,
automóveis, barcos, monumentos.
Outra propriedade dos metais, sua
capacidade de conduzir a corrente
elétrica de um ponto a outro, foi amplamente usada em cabos de cobre,
sem os quais não teria sido possível
eletrificar cidades e povoados. Outros metais muito importantes são os chamados metais preciosos, como o ouro e a prata, usados desde a antiguidade na
fabricação de jóias e moedas. Não podemos nos esquecer de uma grande
variedade de outros metais, cada um com propriedades específicas, usados para
fins especiais: o alumínio, usado em veículos e esquadrias graças à sua baixa
densidade e elevada resistência à corrosão, o sódio e o mercúrio, usados em
lâmpadas incandescentes a vapor, o zinco, o cádmio e o mercúrio, usados nas
pilhas elétricas, o chumbo, usado em placas e paredes graças à sua propriedade
de absorver radiações. Já o cálcio é muito útil na neutralização dos ácidos húmicos,
além de ser um constituinte de ossos e dentes.
Sob o ponto de vista da configuração eletrônica, todos os metais têm poucos
elétrons na camada de valência, o que determina uma grande facilidade desses
elétrons se moverem na camada quase vazia.
Observe o quadro:
Elemento
Distribuição eletrônica
Li
1s22s1
Na
1s2 2s2 2p63s1
K
1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s1
Os que estão em destaque são as camadas de valências. Aqui, a camada de
valência tem apenas um elétron, que está no subnível s.
Isto provoca em cada átomo um certo afastamento dos elétrons da camada
de valência. Assim, no sódio, que tem apenas 1 elétron na sua camada de
valência, 8 deles formariam uma espécie de nuvem em torno de 8 cátions de
sódio e esta nuvem se estenderia em todas as direções espaciais, com os demais
átomos do metal. Esta idéia vale para qualquer metal, que poderia ser entendido
como uma rede de íons positivos vibrando em torno de uma posição de equilíbrio, em cujo interior haveria uma nuvem de elétrons de valência com grande
liberdade de movimentos e que atuaria como elemento de união entre os íons
positivos. Esta é uma das principais características da ligação metálica: o deslocamento de elétrons de valência. Por isto, os metais são bons condutores de
eletricidade. Também sua maleabilidade, isto é, deformação sem ruptura é
coerente com o modelo. Na deformação ocorre apenas um deslocamento dos
planos da rede de íons positivos, sem que se modifique a disposição interna. Em
outras palavras, pode-se dizer que os metais são “cátions” mergulhados num
mar de elétrons “livres”. Este é o “modelo do mar de elétrons” da ligação
metálica.
Nas substâncias
metálicas, os átomos
não estão unidos aos
pares pela atração
mútua entre elétrons
livres e cátions metálicos, portanto sua ligação não pode ser explicada pela regra do
octeto.
É por este motivo,
também, que os metais se acumulam nos vários níveis tróficos de um ecossistema. Justamente a facilidade que estes átomos ligados têm de deslocar-se sem
romper o cristal é que torna, por exemplo, o chumbo tão tóxico para o organismo humano e, por isso, deve ser evitado, como componente de tintas e lápis:
acumula-se no sangue e acaba envenenando o organismo.
Os metais pesados, como qualquer outro elemento, não podem ser destruídos e são altamente reativos do ponto de vista químico, o que explica a dificuldade de encontrá-los em estado puro na natureza. Normalmente, apresentamse em concentrações muito pequenas, associados a outros elementos químicos,
formando minerais em rochas. Quando lançados na água como resíduos industriais, podem ser absorvidos pelos tecidos animais e vegetais. Já que deságuam
no mar, estes poluentes podem alcançar as águas salgadas e, em parte, depositar-se no leito oceânico. Além disso, os metais contidos nos tecidos dos organismos vivos que habitam os mares acabam também se depositando, cedo ou tarde,
nos sedimentos, representando um estoque permanente de contaminação para a
fauna e a flora aquáticas. Os metais pesados podem se acumular em todos os
organismos que constituem a cadeia alimentar do homem. É claro que populações residentes em locais próximos a indústrias ou incineradores correm maiores riscos de contaminação. Apesar de não ser um elemento comum nas águas
naturais, o chumbo tem sido responsável por sérios problemas de intoxicação,
devido ao fato de que é introduzido facilmente no meio ambiente a partir de
uma série de processos e produtos humanos, tais como: encanamentos e soldas,
plásticos, tintas, pigmentos, metalurgia. Em países em que o chumbo tetraetila é
adicionado à gasolina, esta é uma das principais fontes de poluição por este
elemento. É um metal que tem efeito cumulativo no organismo, provocando
uma doença crônica chamada saturnismo, hoje mais comum em trabalhadores
que estão muito expostos à contaminação. No passado, a taxa de intoxicação
era muito elevada devido ao uso de canecas e vasilhames de chumbo. Os efeitos
da intoxicação por chumbo são: tontura, irritabilidade, dor de cabeça, perda de
memória. A intoxicação aguda caracteriza-se pela sede intensa, sabor metálico
na boca, inflamação gastro-intestinal, vômitos e diarréias. Em crianças, o chumbo provoca retardamento físico e mental, perda da concentração e diminuição
da capacidade cognitiva. Em adultos, são comuns problemas nos rins e aumento
da pressão arterial.
Análises realizadas em amostras de cabelo de Beethoven, o grande compositor alemão, detectaram chumbo em níveis 60 vezes superiores ao comum.
Alguns pesquisadores acreditam que uma intoxicação aguda por chumbo pode
explicar muitas das dores que Beethoven sentia e do seu comportamento irritadiço e solitário.
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Alotropia
Alotropia 1 é o fenômeno pelo qual um mesmo tipo de elemento químico
pode formar substâncias diferentes, denominadas variedades alotrópicas ou,
simplesmente, estados alotrópicos desse elemento químico. Os
casos mais comuns são os do carbono diamante, grafite, fulereno,
do oxigênio (oxigênio, ozônio),
o fósforo branco e o fósforo vermelho.
Tanto o diamante quanto o
grafite são formados por átomos
de Carbono ligados entre si por
ligações covalentes, formando
macromoléculas. Mas, enquanto que o diamante é formado no centro e nos vértices de tetraedros regulares
ligados tridimensionalmente entre si, o grafite é formado pela superposição de
camadas de átomos de Carbono - em cada camada, os átomos estão localizados
nos vértices de hexágonos regulares. As camadas superpostas de átomos de
carbono podem deslizar umas sobre
as outras, sob a ação de forças mecânicas. É isto que acontece quando escrevemos com uma ponta de grafite
sobre uma folha: as camadas de átomos de carbono separam-se e aderem
ao papel.
Os cristais de fulereno lembram o
formato de uma bola de futebol. Sua
fórmula é C60.
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Esta forma deve-se à presença de 60
vértices, onde se localizam os átomos de C,
12 pentágonos e 20 hexágonos formam as
32 faces. Esta nova descoberta de estado
alotrópico do carbono está sendo amplamente pesquisada no mundo todo, pois
pode-se aprisionar íons metálicos dentro das
grades desta gaiola sui generis.
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O fósforo branco, P4, descoberto em 1669, apresenta moléculas formando
um cristal molecular. Cada átomo de P ocupa o vértice de um tetraedro. Este
estado alotrópico, que tem um brilho frio no escuro, entra em combustão com
muita facilidade, queima com odor penetrante e é altamente tóxico.
O fósforo vermelho é formado por um cristal covalente, no qual os átomos de
ferro são ligados em cadeias de grandeza molecular indeterminada, formando
uma rede. É usado nas cabeças do palito de fósforo. Sua temperatura de combustão é de cerca de 400 oC. É inodoro e atóxico.
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