Indique o tipo de ligação, a polaridade da ligação, a polaridade da molécula, a geometria molecular e a estrutura de Lewis, dos seguintes compostos:
\mathrm{SiH}_{4}

Passo 1

O enunciado pede, para a molécula \mathrm{SiH}_4:
  • indicar o tipo de ligação;
  • indicar a polaridade da ligação;
  • indicar a polaridade da molécula;
  • indicar a geometria molecular;
  • desenhar a estrutura de Lewis.
Informações fornecidas: a fórmula molecular é \mathrm{SiH}_4 (um átomo de silício ligado a quatro átomos de hidrogênio). Não há mais dados numéricos no enunciado.

Passo 2

Contagem de elétrons de valência (etapa obrigatória para a estrutura de Lewis). Explicando: para montar a estrutura de Lewis conta-se quantos elétrons externos (de valência) cada átomo traz e soma-se tudo; depois distribui-se em pares para formar ligações e possíveis pares isolados.
  • Silício: o silício está no grupo 14 (IV) da tabela periódica e tem 4 elétrons de valência. Escreve-se \mathrm{V}_{\mathrm{Si}}=4.
  • Hidrogênio: cada hidrogênio tem 1 elétron de valência. Há quatro hidrogênios, então \mathrm{V}_{\mathrm{H\\ total}}=4\times1=4.
Total de elétrons de valência:
\mathrm{E_{tot}}=\mathrm{V}_{\mathrm{Si}}+\mathrm{V}_{\mathrm{H\\ total}}=4+4=8.
Cada ligação simples usa um par de elétrons (2 elétrons). Com 8 elétrons dá para formar 4 ligações simples.

Passo 3

Montagem da estrutura de Lewis (passo a passo). Regras rápidas: o hidrogênio busca a “dupla” (2 elétrons) para completar sua camada; o silício normalmente busca o octeto (8 elétrons) formando até 4 ligações.
  • Coloca-se o silício no centro e liga-o aos quatro hidrogênios com ligações simples. Cada ligação usa 2 elétrons; com 4 ligações usa-se 4\times2=8 elétrons, que é exatamente o total disponível.
  • Não sobra elétron para pares isolados; portanto não há pares não-ligantes no silício nem nos hidrogênios.
A estrutura de Lewis pode ser representada (em forma simples) por:
\begin{array}{c} \quad \mathrm{H} \\\ \quad | \\\ \mathrm{H}-\mathrm{Si}-\mathrm{H} \\\ \quad | \\\ \quad \mathrm{H} \end{array}
ou de forma linear: \mathrm{H}-\mathrm{Si}-\mathrm{H} com mais dois \mathrm{H} saindo para cima e para baixo (todas ligações simples). Todos os átomos têm carga formal zero: explicando a fórmula da carga formal q=V-(L+\tfrac{B}{2}), onde V é elétrons de valência do átomo isolado, L é número de elétrons em pares isolados no átomo na estrutura e B é número de elétrons em ligações ao redor do átomo. Para \mathrm{Si}: q=4-(0+\tfrac{8}{2})=0. Para cada \mathrm{H}: q=1-(0+\tfrac{2}{2})=0.

Passo 4

Determinar o tipo de ligação (covalente vs iônica, e detalhe sobre sigma/pi). Conceito rápido:
  • Ligações iônicas resultam de transferência quase completa de elétrons (tipicamente metal + ametal).
  • Ligações covalentes resultam de compartilhamento de pares de elétrons.
Aqui, \mathrm{Si} e \mathrm{H} compartilham elétrons para formar ligações simples; não há transferência completa. Logo as quatro ligações \mathrm{Si}-\mathrm{H} são covalentes. Cada ligação simples é uma ligação sigma ( \sigma) — isto é, uma sobreposição frontal entre um orbital híbrido do \mathrm{Si} e o orbital 1s do \mathrm{H}.
Explicando hybridização de forma simples: o silício forma quatro orbitais equivalentes dirigidos para os vértices de um tetraedro ao combinar seus orbitais atômicos 3s e 3p em quatro orbitais híbridos \mathrm{sp}^3. Cada ligação \mathrm{Si}-\mathrm{H} resulta da sobreposição de um orbital \mathrm{sp}^3 do Si com o orbital 1s do H, formando uma ligação \sigma.

Passo 5

Polaridade da ligação \mathrm{Si}-\mathrm{H}. Conceito: polaridade de uma ligação depende da diferença de eletronegatividade \Delta\chi entre os átomos. Usando valores de Pauling (valores típicos):
\chi_{\mathrm{Si}}=1{,}90,\qquad \chi_{\mathrm{H}}=2{,}20.
Diferença:
\Delta\chi=\chi_{\mathrm{H}}-\chi_{\mathrm{Si}}=2{,}20-1{,}90=0{,}30.
Interpretação didática: uma \Delta\chi pequena, da ordem de 0{,}3, indica uma ligação covalente pouco polar (polaridade fraca). O hidrogênio é ligeiramente mais eletronegativo que o silício, portanto em cada ligação \mathrm{Si}-\mathrm{H} há um pequeno deslocamento de densidade eletrônica em direção ao \mathrm{H}. Em notação de polos: \mathrm{Si}^{\delta+}-\mathrm{H}^{\delta-} com \delta pequeno. Em resumo: a ligação é covalente e fracamente polar (muitas vezes chamada de pouco polar ou praticamente não polar, dependendo da margem de corte usada).

Passo 6

Polaridade da molécula \mathrm{SiH}_4 (resultado final). Conceito: a polaridade molecular é a soma vetorial das polaridades das ligações. Se a molécula é simétrica e as dipolos de ligação se cancelam, a molécula é apolar mesmo que as ligações individuais sejam levemente polares.
  • A geometria eletrônica de \mathrm{SiH}_4 tem quatro domínios de ligação ao redor do Si e nenhum par isolado → geometria tetraédrica. O ângulo entre ligações é aproximadamente \,109{,}5^\circ.
  • Os quatro vetores dipolo \mathrm{Si}\to\mathrm{H} (cada um apontando do Si para o H, pois o H é mais eletronegativo) estão dispostos simetricamente num tetraedro, portanto eles se cancelam por simetria.
Conclusão: a molécula \mathrm{SiH}_4 é apolar (dipolo molecular resultante = \mathbf{0}), mesmo que cada ligação \mathrm{Si}-\mathrm{H} seja fracamente polar.

Passo 7

Resumo final e observações práticas (para decorar/usar na prova):
  • Estrutura de Lewis: Si no centro com quatro ligações simples para H; sem pares isolados. Todos com carga formal zero.
  • Hybridização do Si: \mathrm{sp}^3.
  • Geometria: tetraédrica, ângulo de ligação \approx 109{,}5^\circ.
  • Tipo de ligação: ligações covalentes simples, do tipo \sigma (sobreposição \mathrm{sp}^3(\mathrm{Si}) 1s(\mathrm{H})).
  • Polaridade das ligações: ligeiramente (fracamente) polares, \mathrm{Si}^{\delta+}-\mathrm{H}^{\delta-}, por \Delta\chi\approx0{,}30.
  • Polaridade da molécula: apolar por cancelamento vetorial das quatro dipolos (molécula globalmente não polar).
    Dica amiga: pense em \mathrm{SiH}_4 como análogo do metano \mathrm{CH}_4 — mesma geometria tetraédrica, comportamento semelhante (apolar).

Resposta

Tipo de ligação: ligações covalentes simples ( \sigma), formadas por sobreposição \mathrm{sp}^3(\mathrm{Si}) 1s(\mathrm{H}).
Polaridade da ligação: fracamente polar (polar covalente), \mathrm{Si}^{\delta+}-\mathrm{H}^{\delta-} com \Delta\chi\approx0{,}30.
Polaridade da molécula: apolar (dipolos das ligações se cancelam).
Geometria molecular: tetraédrica, ângulo de ligação \approx109{,}5^\circ.
Estrutura de Lewis: \mathrm{Si} no centro ligado a quatro \mathrm{H} por ligações simples (sem pares isolados), todos com carga formal 0.

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