Estrutura 2.3 · O modelo metálico

Este material cobre tópicos selecionados do SL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui todo o programa.

Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.

Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.

O que explicaria esta observação?

• Um fio de cobre conduz eletricidade e dobra sem quebrar. O modelo metálico explica ambos com uma única imagem: cátions mantidos por elétrons móveis.

Construa o modelo

• Átomos metálicos perdem elétrons externos, deixando cátions positivos em uma rede.
• Os elétrons perdidos tornam-se elétrons deslocalizados: livres para se mover por toda a estrutura.
• A ligação metálica é a atração entre a rede de cátions e os elétrons deslocalizados.
• Os elétrons em movimento carregam carga no metal sólido e fundido.
• cátion: Íon com carga positiva formado pela perda de elétrons.
• elétrons deslocalizados: Elétrons livres para se mover por toda a estrutura metálica.
• ligação metálica: Atração entre uma rede de cátions e elétrons deslocalizados.

Escolha evidências que possam testá-lo

• Para explicar uma propriedade macroscópica, nomeie a estrutura, as partículas, as forças e os portadores de carga móveis.
• Metais conduzem quando sólidos E fundidos: os portadores de carga são os elétrons deslocalizados, móveis em ambos os estados.
• Maleabilidade: a ligação é não direcional, permitindo que as camadas deslizem e a ligação se reforme; retículos iônicos quebram porque o deslizamento aproxima cargas iguais.

No laboratório: A condução nos estados sólido e fundido distingue um metal de uma substância iônica (que só conduz quando fundida ou dissolvida): uma observação, dois modelos separados.

Trabalhe a partir de quantidades conhecidas

• Conhecido: a substância Z funde-se a 1538 graus Celsius e conduz tanto no estado sólido quanto fundido.
• Portadores de carga: elétrons deslocalizados, móveis em ambos os estados.
• O modelo metálico prevê ambas as observações com uma única estrutura.
• Um modelo iônico falharia aqui: íons fixos no sólido não podem conduzir.

Sua vez: Um sólido iônico e um sólido metálico parecem semelhantes. Cite uma medição que os diferencie e explique-a.

Verifique a conclusão e seus limites

• Pontos de fusão variam amplamente entre metais; o modelo explica a condução e a maleabilidade, não uma temperatura de fusão fixa.
• Ligas e impurezas alteram propriedades: o modelo puro estabelece seus limites.

Incorreto: Metais conduzem porque os elétrons podem sair do metal. Os elétrons estão deslocalizados DENTRO da estrutura: a condução requer movimento através do metal, não sua saída dele.

Chave:

• Cátions em uma rede, elétrons deslocalizados movendo-se por ela.
• A condução nos estados sólido e fundido marca o modelo metálico.
• Atenção: elétrons não precisam sair do metal para conduzir.

Escreva a partir de um teste de condutividade

• A amostra conduz eletricidade tanto no estado sólido quanto no líquido.
• Metálico: elétrons deslocalizados transportam a carga em ambos os estados — assinatura do modelo, sem íons para liberar.

Escreva a partir de uma explicação sobre maleabilidade

• O cobre dobra; o cloreto de sódio estilhaça.
• As camadas de cátions deslizam enquanto a cola eletrônica mantém a coesão — a ligação metálica explica a maleabilidade; uma rede rígida explica a fragilidade.

Escreva a partir do contraste entre portadores

• O NaCl fundido conduz; o NaCl sólido não; o cobre sempre conduz.
• O contraste revela o portador: íons livres pela fusão contra elétrons já livres — um experimento separa o iônico do metálico.