Legame metallico

Un legame è una connessione, legame o unione tra due elementi. Metallico, invece, è quello che è legato a un metallo (un elemento chimico che ha una lucentezza che lo caratterizza e gli permette di condurre elettricità e calore).

Nel campo della chimica, un legame è il legame stabilito da due atomi che fanno parte di un composto chimico. Il caso specifico del legame metallico si riferisce al legame che avviene in un metallo.

Prima di procedere, vale la pena ricordare che un atomo è una particella con un nucleo ed elettroni intorno. Gli atomi non possono essere divisi da meccanismi chimici.

Un legame metallico, in questo quadro, permette agli atomi di un composto metallico di stare insieme, raggruppandosi vicini. Questa vicinanza fa interagire sia i nuclei che le nuvole di elettroni, e si generano strutture molto compatte.

In questo tipo di struttura, ogni atomo del metallo è circondato da una dozzina di altri atomi. Gli elettroni di valenza, nel frattempo, lasciano i loro orbitali e si muovono liberamente in tutto il composto. Questo crea le già citate proprietà termiche ed elettriche dei metalli.

La mobilità degli elettroni di valenza nel legame metallico non solo conferisce una buona conducibilità elettrica e termica: dà anche al metallo malleabilità e duttilità, poiché i cationi si muovono senza rompersi.

Per spiegare le caratteristiche dei metalli, gli scienziati Paul Karl Ludwig Drude e Hendrik Antoon Lorentz hanno proposto il modello del mare di elettroni alla fine del XIX secolo. Questo indica che gli atomi di metallo hanno un numero ridotto di elettroni nel loro ultimo guscio e perdono facilmente i loro elettroni di valenza, trasformandoli in ioni positivi che formano un reticolo. Questo processo si traduce in un mare o nuvola di elettroni che si muovono attraverso il reticolo.

Questa è anche conosciuta come la teoria del gas di elettroni, perché gli elettroni esterni sono leggermente legati agli atomi, formano una specie di gas, chiamato gas di elettroni, mare di elettroni o nuvola di elettroni, che è in realtà il legame metallico stesso.

Per spiegare le caratteristiche del legame metallico, il primo passo è stato quello di prendere come riferimento un modello in cui gli elettroni di valenza potessero muoversi liberamente nel reticolo cristallino. Così, il reticolo metallico deve essere considerato costituito da una serie di elettroni di valenza e di ioni positivi (i nuclei coperti da elettroni); questo è in contrasto con l'idea che i reticoli fossero costituiti da atomi neutri.

In altre parole, gli elementi metallici sono costituiti da cationi metallici regolarmente distribuiti che sono tenuti insieme dall'azione legante del gas di elettroni in cui sono immersi.

Grazie a questo modello, è possibile spiegare la conduttività termica ed elettrica dei metalli in modo efficiente e con un livello ridotto di complessità. Data l'ovvia mobilità degli elettroni in un legame metallico, essi possono muoversi verso l'elettrodo positivo dall'elettrodo negativo se sottoponiamo il metallo a una differenza di potenziale elettrico.

Un'altra peculiarità degli elettroni mobili è che possono condurre calore trasportando energia cinetica (l'energia generata dal loro movimento) attraverso il cristallo. I metalli sono malleabili e duttili perché il legame delocalizzato non ha un unico orientamento ma può estendersi in qualsiasi direzione, a differenza dei solidi a rete covalente. Quando il cristallo subisce una deformazione, i legami metallici si adattano e l'energia risultante non è molto diversa da quella originale.