3F. 2 Identifique os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas das seguintes substàncias:
\mathrm{SiH}_{4}

Passo 1

O enunciado pede: identificar os tipos de forças intermoleculares que podem agir entre as moléculas de \mathrm{SiH}_{4}.
Informações dadas (ou óbvias do enunciado):
  • A substância considerada é \mathrm{SiH}_{4} (silano).
  • Preciso dizer quais interações intermoleculares ocorrem entre moléculas idênticas dessa substância.

Passo 2

Breve revisão das forças intermoleculares que vou considerar (explicação didática e simples):
  • Forças de dispersão (forças de London): surgem porque os elétrons em uma molécula estão em movimento; isso cria dipolos instantâneos que induzem dipolos em moléculas vizinhas. Essas interações existem entre todas as moléculas, mesmo as apolares. São chamadas às vezes de forças de van der Waals.
  • Forças dipolo–dipolo permanentes: ocorrem entre moléculas que têm um dipolo elétrico permanente (ou seja, moléculas polares). Atração entre regiões parcialmente positivas e parcialmente negativas de moléculas vizinhas.
  • Ligações de hidrogênio: um caso forte e específico de interação dipolo–dipolo que exige um hidrogênio ligado covalentemente a um átomo eletronegativo muito forte (tipicamente F, O ou N) e um par de elétrons livres em outra molécula.
  • Interações dipolo–induzido (ou induzido–induzido): termo técnico que inclui as forças de dispersão; também existe dipolo permanente induzindo um dipolo numa molécula vizinha (dipolo–induzido), mas isto pressupõe a presença de pelo menos uma espécie polar.
    Obs.: vou usar exemplos simples: água ( \mathrm{H_2O}) mostra ligação de hidrogênio; \mathrm{HCl} mostra dipolo–dipolo; gases nobres e \mathrm{CH_4} têm principalmente dispersão.

Passo 3

Determinar a polaridade da molécula \mathrm{SiH}_{4} (passo-chave para decidir quais forças podem ocorrer):
  • Geometria: \mathrm{SiH}_{4} tem geometria tetraédrica (átomo de Si no centro e quatro H nos vértices). Essa geometria é simétrica.
  • Polaridade das ligações Si–H: eletronegatividades aproximadas: \chi_{\mathrm{H}}=2,20 e \chi_{\mathrm{Si}}=1,90. A diferença é pequena, logo cada ligação Si–H é apenas levemente polar, com pequeno deslocamento de carga. Em Teoria básica: quando vetores dipolo das quatro ligações em um tetraedro são simétricos, eles se cancelam.
  • Conclusão deste passo (sem ainda rotular as forças): a molécula é, na prática, apolar (dipolo permanente resultante aproximadamente nulo) por causa da simetria tetraédrica.

Passo 4

Consequências da apolaridade para as forças possíveis:
  • Se não há dipolo permanente, as forças dipolo–dipolo permanentes entre moléculas idênticas ficam descartadas.
  • Para haver ligação de hidrogênio entre moléculas iguais, seria necessário que o hidrogênio estivesse ligado a F, O ou N (doadores fortes). Em \mathrm{SiH}_{4} o hidrogênio está ligado a Si, que não é suficientemente eletronegativo para criar o tipo de H ligado a F/O/N; portanto ligação de hidrogênio também não ocorre.
  • Ainda resta considerar interações que não exigem dipolo permanente: as forças de dispersão (instantâneas) e fenômenos relacionados a dipolos induzidos.

Passo 5

Explicando por que as forças de dispersão (London) são as relevantes e como avaliá-las:
  • Toda molécula com nuvem eletrônica tem flutuações instantâneas de densidade eletrônica que geram dipolos temporários; essas flutuações induzem dipolos em moléculas vizinhas e resultam em atração. Essas são as forças de dispersão.
  • A intensidade das forças de dispersão cresce com a polarizabilidade (facilidade de distorção da nuvem eletrônica) e com o tamanho/número de elétrons da molécula. Como \mathrm{SiH}_{4} tem um átomo central mais pesado e mais elétrons que \mathrm{CH}_{4}, sua polarizabilidade é maior, logo as forças de dispersão entre moléculas de \mathrm{SiH}_{4} são mais fortes que entre moléculas de \mathrm{CH}_{4}.
  • Ilustração numérica simples (para intuição): pontos de ebulição indicam intensidade das forças intermoleculares; \mathrm{CH}_{4} tem ponto de ebulição por volta de -161{,}5^\circ\mathrm{C} e \mathrm{SiH}_{4} por volta de -111{,}8^\circ\mathrm{C}. O fato de \mathrm{SiH}_{4} ferver a temperatura menos baixa que \mathrm{CH}_{4} confirma forças de dispersão mais fortes em \mathrm{SiH}_{4}.
  • Resumo didático: em uma amostra pura de \mathrm{SiH}_{4} (moléculas idênticas, sem íons ou moléculas polares presentes), a interação que sempre existe e que será predominante é a dispersão de London (dipolo instantâneo — dipolo induzido).

Passo 6

Observações finais para a prova (dicas práticas e como responder rapidamente):
  • Estratégia rápida em prova: identificar geometria + diferença de eletronegatividade para saber se há dipolo permanente; se for apolar e não houver H ligado a F/O/N, marque apenas dispersão de London.
  • Frase curta que costuma resolver a questão: “Molécula simétrica + ligações Si–H não formam ligações de hidrogênio => apenas forças de dispersão.”
  • Se pedirem justificar: diga que a molécula é apolar (tetraédrica) e que H não está ligado a F/O/N, e cite a polarizabilidade para explicar intensidade relativa.

Resposta

Forças de dispersão de London (forças de van der Waals induzidas).

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