ENLLAÇ METÀL·LIC: PROPIETATS, COM ES FORMA I EXEMPLES - QUIMICA - 2026

L' enllaç metàl·lic és aquell que manté fortament units els àtoms dels elements metàl·lics. Està present en els metalls i defineix totes les seves propietats físiques que els caracteritzen com materials durs, dúctils, mal·leables i bons conductors de la calor i l'electricitat.

De tots els enllaços químics, l'enllaç metàl·lic és l'únic on els electrons no es troben localitzats exclusivament entre un parell d'àtoms, sinó que es deslocalitzen entre milions d'ells en una espècie de cola o «mar d'electrons» que els mantenen fortament units o cohesionats.

Enllaç metàl·lic de l'coure

Per exemple, suposi el metall coure. En el coure seus àtoms Cu cedeixen els seus electrons de valència per formar l'enllaç metàl·lic. A dalt aquest enllaç es representa com cations Cu ²⁺ (cercles blaus) envoltats d'electrons (cercles grocs). Els electrons no estan quiets: es mouen per tot el vidre de coure. No obstant això, en els metalls no es parla formalment de cations, sinó d'àtoms metàl·lics neutres.

L'enllaç metàl·lic es comprova examinant les propietats dels elements metàl·lics, així com les dels seus aliatges. Aquests integren una sèrie de materials brillants, platejats, tenaços, durs, que tenen a més alts punts de fusió i ebullició.

Com es forma l'enllaç metàl·lic?

Enllaç metàl·lic en el zinc

L'enllaç metàl·lic es forma només entre un conjunt o grup d'àtoms metàl·lics. Perquè els electrons es deslocalitzin per tot el cristall metàl·lic, ha d'haver una "autopista" per la qual puguin transitar. Aquesta es dissenya a partir de l'encavalcament de tots els orbitals atòmics dels àtoms veïns.

Per exemple, consideri una filera d'àtoms de zinc, Zn ··· Zn ··· Zn ···. Aquests àtoms solapen les seves orbitals atòmics de valència per crear orbitals moleculars. Al seu torn, aquests orbitals moleculars es solapen amb altres orbitals dels àtoms Zn veïns.

Cada àtom de zinc aporta dos electrons per contribuir a l'enllaç metàl·lic. D'aquesta manera, l'encavalcament o unió dels orbitals moleculars, i els àtoms donats pel zinc, originen una "autopista" per la qual els electrons es deslocalitzen per tot el vidre com si fossin una cola o un mar d'electrons, cobrint o banyant tots els àtoms metàl·lics.

Propietats de l'enllaç metàl·lic

estructures

L'enllaç metàl·lic origina estructures compactes, on els àtoms es troben estretament units, sense molta distància que els separi. Depenent de l'tipus d'estructura en específic, s'han diferents vidres, uns més densos que altres.

En les estructures metàl·liques no es parla pròpiament de molècules, sinó d'àtoms neutres (o cations, segons altres perspectives). Reprenent l'exemple de l'coure, en els seus vidres compactats no hi ha molècules Cu ₂, amb un enllaç covalent Cu-Cu.

reorganització

L'enllaç metàl·lic té la propietat de reorganitzar-se. Això no passa amb els enllaços covalent i iònic. Si un enllaç covalent es parteix, no tornarà a formar-se com si no hagués passat res. Així mateix, les càrregues elèctriques a l'enllaç iònic són invariables a menys que prengui lloc una reacció química.

Consideri ara el metall mercuri per explicar aquest punt.

L'enllaç metàl·lic entre dos àtoms adjacents de mercuri, Hg ··· Hg, pot trencar-se i tornar-se a formar amb un altre àtom veí si el vidre és sotmès a una força externa que ho deforme.

Així, l'enllaç es reorganitza mentre el vidre pateixi la deformació. Això li confereix als metalls les propietats de ser materials dúctils i mal·leables. En cas contrari, es trencarien com trossos de vidre o ceràmica, fins i tot en calent.

Conductivitats tèrmica i elèctrica

La propietat que té l'enllaç metàl·lic de tenir els seus electrons deslocalitzats li confereix més als metalls la capacitat de conduir la calor i l'electricitat. Això es deu al fet que, a l'estar els electrons deslocalitzats i movent-se per tot arreu, transmeten efectivament les vibracions atòmiques com si d'una ona es tractés. Aquestes vibracions es tradueixen en calor.

D'altra banda, a l'moure els electrons queden espais buits enrere que altres poden ocupar, havent per tant una vacant electrònica per la qual poden "córrer" més electrons i originar així un corrent elèctric.

En principi, sense abordar les teories físiques darrere de l'fenomen, aquesta és l'explicació general de la conductivitat elèctrica dels metalls.

Lluïssor metàl·lic

Els electrons deslocalitzats i mòbils també poden interaccionar amb els fotons de la llum visible i rebutjar-los. Depenent de les densitats i de la superfície de l'metall, pot exhibir diferents tonalitats grisenques o platejades, o inclusivament centelleigs iridiscents. Els casos més excepcionals són els de el coure, mercuri i or, que absorbeixen fotons de certes freqüències.

Deslocalització dels electrons

Per entendre l'enllaç metàl·lic cal comprendre què s'entén per la deslocalització dels electrons. És impossible determinar on són els electrons. No obstant això, sí que pot estimar-se en quina regió de l'espai és probable trobar-los. En un enllaç covalent AB, el parell d'electrons es distribueix en l'espai que separa els àtoms A i B; es diu llavors que estan localitzats entre A i B.

En un enllaç metàl·lic AB, però, no pot afirmar-se que els electrons es comporten de la mateixa manera que en un enllaç covalent AB. No estan localitzats entre dos àtoms específics de A i B, sinó que es difuminen o es dirigeixen a altres parts de l'sòlid on també hi ha àtoms compactats, és a dir, estretament units, d'A i B.

Quan això és així, es diu que els electrons de l'enllaç metàl·lic estan deslocalitzats: recorren qualsevol direcció on hi hagi àtoms d'A i B, tal com es va mostrar en la primera imatge amb els àtoms de coure i els seus electrons.

Per tant, a l'enllaç metàl·lic es parla d'una deslocalització d'aquests electrons, i aquesta característica és responsable de moltes de les propietats que tenen els metalls. Sobre ella se sustenta a més la teoria de la mar dels electrons.

Exemples d'enllaços metàl·lics

Alguns enllaços metàl·lics d'ús comú en la vida diària són els següents:

- Elements metàl·lics

zinc

Enllaç metàl·lic en el zinc

En el zinc, un metall de transició, els seus àtoms estan units per l'enllaç metàl·lic.

Or (Au)

L'or pur, igual que els aliatges d'aquest material amb coure i plata, actualment són summament emprats en la joieria fina.

Coure (Cu)

Aquest metall és utilitzat àmpliament en aplicacions elèctriques, gràcies als seus excel·lents propietats de conducció d'electricitat.

Plata (Ag)

Donades les seves propietats, aquest metall és molt utilitzat tant en aplicacions de joieria fina com en l'àmbit industrial.

Níquel (Ni)

En estat pur sol emprar per a la fabricació de monedes, bateries, fosa o peces metàl·liques diverses.

Cadmi (Cd)

És un material molt tòxic i s'utilitza en l'elaboració de bateries.

Platí (Pt)

S'utilitza en la joieria fina (aliatges amb or), i en l'elaboració d'instruments de mesura de laboratori i implants dentals.

Titani (Ti)

Aquest metall és d'ús comú en la branca de l'enginyeria, així com en la fabricació d'implants osteosintéticos, aplicacions industrials i joieria.

Plom (Pb)

Aquest material s'utilitza en l'elaboració de conductors elèctrics, més específicament, per a la fabricació de la coberta externa de cables telefònics i de telecomunicacions.

- Compostos metàl·lics

acer comuna

La reacció de l'ferro amb el carboni produeix l'acer comú, un material molt més resistent a esforços mecànics en comparació amb el ferro.

acer inoxidable

És possible trobar una variació de l'material anterior mitjançant la combinació de l'acer comú amb metalls de transició com el crom i el níquel.

bronze

Es produeix a l'combinar coure amb estany, en una proporció aproximada de 88% i 12%, respectivament. S'usa en l'elaboració de monedes, eines i ornaments públics.

Aliatges de mercuri

Diverses aliatges de mercuri amb altres metalls de transició, com la plata, el coure i el zinc, produeixen les amalgames emprades en odontologia.

Aliatge de crom i platí

Aquest tipus d'aliatge és molt utilitzada per elaborar fulls d'afaitar.

Pieltre

Aquest aliatge d'estany, antimoni, sobre i bismut és d'ús comú per a l'elaboració d'estris de la llar.

llautó

Es genera a l'combinar coure amb zinc, en una proporció de 67% i 33%, respectivament. S'empra en la fabricació d'articles de ferreteria.

Teoria de la mar d'electrons

Representació simple d'un mar d'electrons. Font: Muskid

La imatge superior il·lustra el concepte de mar d'electrons. D'acord a la teoria de la mar d'electrons, els àtoms metàl·lics es desprenen dels seus electrons de valència (càrregues negatives) per quedar com ions atòmics (càrregues positives). Els electrons despresos passen a integrar un mar en el qual es deslocalitzen per cada pam de l'vidre metàl·lic.

No obstant això, això no vol dir que un metall es compongui d'ions; seus àtoms en realitat són neutres. No es parla d'ions Hg ⁺ en el mercuri líquid, sinó d'àtoms Hg neutres.

Una altra manera de visualitzar el mar d'electrons és assumint la neutralitat dels àtoms. Així, si bé concedeixen els seus electrons per definir l'enllaç metàl·lic que els mantenen fortament cohesionats, també reben a l'instant altres electrons provinents d'altres regions d'el vidre, de manera que mai adquireixen una càrrega positiva.

Aquesta teoria explica per què els metalls són dúctils, mal·leables, i com els enllaços poden reorganitzar-se per permetre la deformació d'un vidre sense que es trenqui. N'hi ha que diuen a aquest mar d'electrons com "ciment electrònic", ja que és capaç de moure, però en condicions normals, solidifica i manté ferms i fixos els àtoms metàl·lics.

referències

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Química. (8va ed.). Cengage Learning.
2. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
3. Wikipedia. (2020). Metallic bonding. Recuperat de: en.wikipedia.org
4. The Editors of Encyclopaedia Britannica. (04 de abril de 2016). Metallic bond. Encyclopædia Britannica. Recuperat de: britannica.com
5. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 de gener de 2020). Metallic Bond: Definition, Properties, and Examples. Recuperat de: thoughtco.com
6. Jim Clark. (29 de setembre de al 2019). Metallic Bonding. Chemistry LibreTexts. Recuperat de: chem.libretexts.org
7. Mary Ellen Ellis. (2020). What is a Metallic Bond? - Definition, Properties & Examples. Study. Recuperat de: study.com