Caràcter metàl·lic
El caràcter metàl·lic descriu fins a quin punt un element presenta el comportament químic i físic propi dels metalls: electrons de valència relativament fàcils de deslocalitzar, conducció elèctrica i tèrmica, enllaç metàl·lic i tendència freqüent a formar cations. La tendència periòdica és clara, però no es pot reduir a una sola dada d’un àtom aïllat.
Origen atòmic de la tendència periòdica
En els grups principals, el caràcter metàl·lic augmenta aproximadament cap avall i cap a l’esquerra de la taula. En travessar un període, la càrrega nuclear efectiva creix i el radi sol disminuir; els electrons de valència queden més lligats i el comportament metàl·lic es debilita. En baixar per un grup apareixen capes més grans i més apantallades, i és més fàcil separar o deslocalitzar els electrons externs.
Això explica la relació amb la primera energia d’ionització: una energia baixa sovint acompanya un comportament electropositiu fort. Els alcalins, amb un sol electró ns fora d’un nucli de gas noble, són el cas més net. Però la ionització és una propietat d’àtoms gasosos; no defineix per si sola si un sòlid condueix.
L’enllaç metàl·lic no és simplement «perdre electrons»
En un metall sòlid els electrons de valència no abandonen la mostra. Els estats atòmics es combinen en un conjunt extens d’estats electrònics; part de la densitat electrònica queda deslocalitzada sobre molts centres i pot respondre a un camp elèctric.
Per això la conductivitat és una propietat d’estructura de bandes. Si hi ha estats accessibles molt propers en energia, els portadors poden canviar d’estat i transportar càrrega. La cohesió metàl·lica i la conductivitat provenen del sistema col·lectiu, no d’una successió d’àtoms que hagin «perdut» definitivament els seus electrons.
Metal·loides i frontera difusa
Metall típic
Un metall típic presenta estats electrònics prou mòbils per conduir, mostra cohesió metàl·lica i sovint forma cations en reaccions químiques. La maleabilitat i la brillantor són conseqüències freqüents, no criteris absoluts.
No metall típic
En un no metall els electrons de valència acostumen a estar més localitzats en enllaços covalents o parells electrònics, o bé l’element tendeix a captar electrons. Les formes elementals poden ser moleculars, atòmiques o xarxes covalents i solen tenir poca conductivitat en condicions ordinàries.
Metal·loide
Si, Ge, As o Sb ocupen una zona intermèdia. La seva estructura electrònica pot produir comportament semiconductor, molt sensible a la temperatura, a les impureses i a l’estructura cristal·lina. La frontera metall/no metall no és una escala fonamental perfectament nítida.
Metalls de transició, estructura i excepcions
El període 3 mostra una transició química real
Al període 3, Na, Mg i Al formen sòlids metàl·lics; Si és una xarxa covalent semiconductor; P, S, Cl i Ar són no metàl·lics en condicions ordinàries. Els òxids també canvien: Na₂O i MgO són bàsics, Al₂O₃ és amfòter i SiO₂ i els òxids superiors dels no metalls mostren caràcter àcid.
Les propietats metàl·liques són tendències, no una llista rígida
Mercuri és líquid a temperatura ambient, el gal·li fon prop de la temperatura corporal i alguns metalls són fràgils. La conductivitat varia enormement. Un element no deixa de ser metàl·lic perquè no compleixi un estereotip mecànic; el criteri profund és l’estructura electrònica del sòlid.
La pressió pot canviar la classificació
La compressió modifica les distàncies interatòmiques, el solapament orbital i l’amplada de les bandes. Sota pressions extremes, materials normalment no metàl·lics poden adquirir estats més deslocalitzats i una conductivitat de tipus metàl·lic.
Caràcter metàl·lic i electropositivitat no són sinònims
Electropositivitat descriu sobretot la tendència química a cedir densitat electrònica o formar cations; caràcter metàl·lic inclou també propietats col·lectives del sòlid. Tenen causes relacionades, però no són definicions equivalents.
Na → Mg → Al → Si → P → S → Cl: disminueix el caràcter metàl·lic i canvien enllaç, conductivitat i caràcter dels òxids.
Exercicis
Tendència en un grup
Quin és més metàl·lic, Li o K, i per què?
Solució
K. Té una capa de valència més gran i més apantallada; l’electró extern està menys fortament lligat i es deslocalitza o s’extreu amb més facilitat.
Període 3
Per què Si no s’ha de descriure simplement com un «metall feble» entre Al i P?
Solució
Perquè el silici forma una xarxa covalent amb estructura de bandes semiconductora. La seva posició intermèdia reflecteix un canvi en el tipus d’enllaç i en l’estructura electrònica, no només una versió menys intensa del mateix metall.
Ionització i conductivitat
Una energia d’ionització baixa garanteix una conductivitat metàl·lica alta?
Solució
No. La ionització correspon a l’àtom gasós; la conductivitat depèn de l’estructura de bandes, dispersió dels portadors, temperatura i estructura del sòlid. Les propietats es correlacionen però no són idèntiques.