mappa concettuale legame metallico

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Il legame metallico è il tipo di legame chimico che tiene uniti gli atomi nei metalli. Gli atomi cedono i propri elettroni di valenza, che diventano delocalizzati e formano una cosiddetta nuvola o mare di elettroni attorno a una rete di cationi positivi. Questa struttura spiega le proprietà tipiche dei metalli: conducibilità elettrica e termica, malleabilità, duttilità, lucentezza e punti di fusione generalmente elevati, con differenze significative tra un metallo e l'altro.

Come funziona il legame metallico
Nei metalli gli atomi hanno pochi elettroni di valenza e bassa energia di ionizzazione: cederli è più conveniente che condividerli in coppie localizzate. Gli elettroni ceduti non restano legati a un singolo atomo, ma si delocalizzano su tutta la struttura, formando il cosiddetto mare di elettroni. La rete risultante è formata da cationi positivi immersi in questa nuvola mobile, e l'attrazione elettrostatica non direzionale tra le due specie costituisce il legame. Poiché gli elettroni appartengono all'intero cristallo, il modello a coppie di elettroni usato per il covalente non è adatto a descrivere i metalli.

Perché i metalli conducono e si deformano
La conducibilità elettrica deriva dal movimento degli elettroni delocalizzati: applicando una differenza di potenziale, essi si spostano verso il polo positivo. La conducibilità termica si spiega con il trasferimento di energia cinetica tramite gli stessi elettroni e le vibrazioni reticolari. La malleabilità e la duttilità dipendono invece dall'assenza di legami direzionali: quando una forza fa scivolare gli strati di cationi, gli elettroni delocalizzati si adattano subito e il legame non si rompe, a differenza di quanto accade nei cristalli ionici, dove lo scivolamento porta a repulsioni tra cariche uguali.

Leghe: perché mescolare cambia le proprietà
Una lega è una miscela di un metallo con altri elementi, metallici o meno. Gli atomi di dimensioni o natura diverse si inseriscono nel reticolo e ne disturbano la regolarità: gli strati di atomi scivolano con maggiore difficoltà sotto sforzo, quindi le leghe sono in genere più dure e resistenti del metallo puro, spesso a scapito della conducibilità. Esempi classici sono l'acciaio (ferro e carbonio), il bronzo (rame e stagno) e l'ottone (rame e zinco). Le leghe si distinguono in sostituzionali, quando atomi simili sostituiscono quelli del reticolo, e interstiziali, quando atomi piccoli occupano gli spazi tra gli atomi principali.

Limiti del modello e casi particolari
Il modello del mare di elettroni è una semplificazione utile, ma non spiega ogni comportamento: per una descrizione più accurata si usa la teoria delle bande, che considera la sovrapposizione degli orbitali su tutto il cristallo e distingue metalli, semiconduttori e isolanti in base al riempimento delle bande. Inoltre i metalli non sono tutti uguali: il mercurio è liquido a temperatura ambiente, mentre il tungsteno fonde oltre 3400 gradi Celsius. Alcuni metalli come il sodio sono morbidi e reattivi, altri come il cromo sono duri; la forza del legame dipende dal numero di elettroni delocalizzati e dal raggio degli atomi.