3F. 6 Identifique, apresentando suas razões, que substância em cada par tem, provavelmente, o ponto de ebulição normal mais alto:
(d) \mathrm{SiH}_{4} ou \mathrm{SiF}_{4}.

Passo 1

O enunciado pede que eu identifique, com razões, qual das duas substâncias tem provavelmente o ponto de ebulição normal mais alto: \mathrm{SiH}_{4} ou \mathrm{SiF}_{4}.
Informações dadas explicitamente: as fórmulas moleculares \mathrm{SiH}_{4} e \mathrm{SiF}_{4}.
Pergunta a responder: qual delas tem o maior ponto de ebulição normal e por quê.

Passo 2

Conceito-chave: o ponto de ebulição de uma substância molecular depende principalmente das forças intermoleculares entre suas moléculas. Vou explicar as forças mais importantes, de forma bem prática:
  • Forças de London (dispersion forces): existem em todas as moléculas; vêm de flutuações instantâneas na distribuição eletrônica que induzem dipolos temporários. Quanto maior a massa molecular e o número de elétrons, geralmente maior a polarizabilidade e mais fortes são essas forças.
  • Dipolo-dipolo (forças permanentes): ocorrem entre moléculas que têm um dipolo permanente (isto é, moléculas polares). A existência dessas forças tende a aumentar o ponto de ebulição.
  • Ligações de hidrogénio: caso especial forte de interação (quando H está ligado a F, O ou N). Ausente aqui.
Regra prática para provas rápidas: primeiro verificar se as moléculas são polares; se não forem, comparar massa molecular e polarizabilidade (mais pesada → mais forte força de London → ponto de ebulição maior). Se uma for polar e a outra não, a polar tende a ter ponto de ebulição maior (salvo exceções muito grandes de massa).

Passo 3

Geometria e polaridade das moléculas:
  • \mathrm{SiH}_{4}: silício no centro ligado a quatro hidrogênios idênticos. Geometria tetraédrica simétrica. Somando os vetores dos momentos de ligação, eles se cancelam → molécula globalmente não polar.
  • \mathrm{SiF}_{4}: silício no centro ligado a quatro fluoretos idênticos. Também forma uma geometria tetraédrica simétrica. Apesar das ligações Si–F serem polares (F é muito eletronegativo), a simetria tetraédrica faz com que os momentos de ligação se cancelem → molécula globalmente não polar.
Conclusão desta etapa: ambas as moléculas são essencialmente apolares; portanto as forças de London (dispersion) são as dominantes em ambos os casos. Não há ligação de hidrogénio nem dipolo permanente significativo que favoreça uma sobre a outra.

Passo 4

Comparação por massa molecular e polarizabilidade (aqui entram contas simples e conceito).
Primeiro calculo aproximado das massas molares (pequena aula: a massa molar em g·mol^{-1} é a soma das massas atômicas dos átomos da fórmula).
  • Massa molar aproximada do silício: M(\mathrm{Si})\approx28{,}085\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
  • Massa molar do hidrogênio: M(\mathrm{H})\approx1{,}008\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
  • Massa molar do flúor: M(\mathrm{F})\approx19{,}00\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Agora somo para cada molécula:
M(\mathrm{SiH}_4)=28{,}085 + 4\cdot1{,}008 = 32{,}117\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
M(\mathrm{SiF}_4)=28{,}085 + 4\cdot19{,}00 = 104{,}085\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Interpretação: \mathrm{SiF}_4 é muito mais massiva e tem bem mais elétrons do que \mathrm{SiH}_4. Isso significa que as nuvens eletrônicas de \mathrm{SiF}_4 são mais facilmente distorcíveis em termos absolutos (maior polarizabilidade por molécula, em geral), gerando dipolos instantâneos maiores e, portanto, forças de London mais fortes.

Passo 5

Juntando tudo (resumo do raciocínio para usar na prova):
  1. As duas moléculas são aproximadamente apolares (tetraédrica simétrica) → não há força dipolo-dipolo permanente que favoreça uma sobre a outra.
  2. A força intermolecular dominante é, portanto, a força de London (dispersion).
  3. Forças de London aumentam com o número de elétrons e com a massa molecular (maior polarizabilidade → maiores interações).
  4. Como M(\mathrm{SiF}_4)\gg M(\mathrm{SiH}_4), espera-se que \mathrm{SiF}_4 tenha forças de London muito mais fortes do que \mathrm{SiH}_4.
  5. Logo, \mathrm{SiF}_4 terá o ponto de ebulição normal mais alto que \mathrm{SiH}_4.
Dica prática para a prova: quando as moléculas são semelhantes na geometria e ambas apolares, compare massa e quantidade de elétrons; quando houver diferença de polaridade, a polar usualmente vence (exceto se sua massa for muito pequena comparada à outra).

Resposta

\mathrm{SiF}_{4}

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