Que tipos de cristal são formados pelos seguintes elementos e compostos sólidos: \mathrm{Si}, \mathrm{SiH}_{4}, \mathrm{SiO}_{2} e \mathrm{Na}_{2} \mathrm{O} ? em cada caso, diga que tipo de força ocorre entre as partículas que compõem o retículo.

Passo 1

O enunciado pede: para cada uma das espécies \mathrm{Si}, \mathrm{SiH}_{4}, \mathrm{SiO}_{2} e \mathrm{Na}_{2}\mathrm{O}, determine (1) que tipo de cristal (sólido) é formado e (2) que tipo de força/interação mantém juntas as partículas que compõem o retículo. As informações dadas são apenas as fórmulas químicas das quatro substâncias; cabe-nos usar conhecimento sobre ligação química e tipos de sólidos para classificá-las.

Passo 2

Breve aula sobre os tipos principais de sólidos cristalinos (o que preciso saber para decidir o tipo de cada caso):
  • Sólidos iônicos: formados por íons positivos e negativos organizados em um retículo. A força dominante é a atração eletrostática (coulombiana) entre cargas opostas. Características: altos pontos de fusão, duros, conduzem eletricidade quando fundidos ou em solução, geralmente frágeis.
  • Sólidos moleculares (cristais moleculares): formados por moléculas neutras mantidas juntas por forças intermoleculares fracas — principalmente forças de dispersão de London, dipolo-dipolo e, quando presentes, ligações de hidrogênio. Características: baixos pontos de fusão, macios, maus condutores.
  • Sólidos covalentes em rede (network covalent): átomos ligados por uma rede contínua de ligações covalentes formando um retículo 2D ou 3D (ex.: diamante, quartzo). A força dominante são ligações covalentes (compartilhamento de elétrons), que são fortes e direcionais. Características: pontos de fusão muito altos, duros, maus condutores (às vezes semicondutores).
  • Sólidos metálicos: átomos de metal em um mar de elétrons deslocalizados; força metálica (ligação por elétrons móveis). Características: boa condutividade elétrica e térmica, maleabilidade.
Esses conceitos permitem classificar um sólido ao identificar que tipo de partícula forma o retículo (íons, moléculas, átomos com ligações covalentes) e que tipo de interação é relevante.

Passo 3

Como decidir na prática (regras simples que uso em prova):
  • Se a substância é um óxido de metal + ametal ou mistura metal/ametais com grande diferença de eletronegatividade → tende a formar cristal iônico (íons \mathrm{cátions}á/ \mathrm{ânions}â).
  • Se a substância é formada por moléculas discretas (pequenas estruturas covalentes estáveis, sem rede extensa), então o sólido será molecular e as forças serão intermoleculares (dispersion etc.). Moléculas não polares → forças de London dominam.
  • Se é um elemento do grupo 14 (como C, Si) e cada átomo pode formar quatro ligações covalentes formando uma rede 3D → tende a formar um sólido covalente em rede (ex.: diamante para o carbono, estrutura análoga para o silício).
  • Para óxidos de metais alcalinos (Na, K, …), o comportamento clássico é iônico: forma \mathrm{Na}^+ e \mathrm{O}^{2-} em retículo.
Agora aplico essas ideias a cada substância.

Passo 4

Análise de \mathrm{Si} (silício):
  • Informação relevante sobre \mathrm{Si}: é um elemento do grupo 14 (como o carbono) com quatro elétrons de valência e tendência a compartilhar elétrons para completar um octeto. Na forma sólida pura, cada átomo de silício forma quatro ligações com vizinhos num arranjo tetraédrico.
  • Estrutura cristalina típica: cada \mathrm{Si} é covalentemente ligado a quatro vizinhos em uma rede contínua tridimensional. Essa rede é análoga à estrutura do diamante (chamada estrutura diamante ou “diamond cubic”).
  • Interpretação das forças: como os átomos estão ligados por ligações covalentes que envolvem compartilhamento de pares de elétrons entre átomos vizinhos, a interação que mantém o retículo é covalente — forte e direcional.
  • Consequências que justificam essa classificação: altos pontos de fusão, material duro e, no caso do silício, comportamento de semicondutor por causa da banda eletrônica resultante dessas ligações covalentes.

Passo 5

Análise de \mathrm{SiH}_{4} (silano):
  • Informação sobre \mathrm{SiH}_{4}: é uma molécula discreta tetraédrica (um átomo de silício ligado a quatro átomos de hidrogênio), equivalente do metano ( \mathrm{CH}_4) em comportamento molecular.
  • Na fase sólida, as moléculas \mathrm{SiH}_{4} não formam uma rede covalente contínua; elas ficam agrupadas como unidades moleculares neutras empacotadas.
  • Forças intermoleculares possíveis: a molécula \mathrm{SiH}_{4} é praticamente apolar (geometria tetraédrica, distribuição simétrica de ligações Si–H), então não há dipolo permanente significativo nem ligações de hidrogênio fortes. Assim, a interação dominante entre moléculas no sólido são forças de dispersão de London (forças de van der Waals induzidas por flutuações temporárias de nuvem eletrônica).
  • Consequências: baixo ponto de fusão e ebulição comparado a sólidos iônicos ou de rede covalente; o sólido é molecular.

Passo 6

Análise de \mathrm{SiO}_{2} (dióxido de silício):
  • Informação sobre \mathrm{SiO}_{2}: é composta por tetraedros \mathrm{SiO}_{4} onde cada átomo de silício está ligado a quatro oxigênios, e cada oxigênio normalmente faz ponte entre dois átomos de silício. Esses tetraedros podem se ligar formando redes tridimensionais (ex.: quartzo é uma forma polimórfica).
  • Natureza do retículo: não são moléculas discretas, mas sim uma rede covalente extensa 3D — cada ligação Si–O é uma ligação covalente fortemente polarizada (oxigênio mais eletronegativo que silício), porém o caráter essencial da ligação é covalente que conecta a rede inteira.
  • Força dominante: ligações covalentes (Si–O) que mantêm a rede unida; essas ligações são fortes, responsáveis por alto ponto de fusão e dureza do material. Pode-se chamar de sólido covalente em rede.
  • Observação: existem várias formas cristalinas (polimorfos) de \mathrm{SiO}_2, mas todas compartilham a ideia de uma rede covalente extensa.

Passo 7

Análise de \mathrm{Na}_{2}\mathrm{O} (óxido de sódio):
  • Informação sobre \mathrm{Na}_{2}\mathrm{O}: composto formado por um metal alcalino ( \mathrm{Na}) e oxigênio; em termos iônicos, o sódio tende a perder um elétron formando \mathrm{Na}^+ e o oxigênio tende a ganhar elétrons formando \mathrm{O}^{2-}.
  • Partículas no retículo: íons \mathrm{Na}^+ e \mathrm{O}^{2-} arranjados de forma a maximizar atrações coulombianas e minimizar repulsões (uma estrutura típica é a do tipo antifluorita, em que os ânions ocupam posições de rede e os cátions preenchem interstícios — mas o ponto essencial é que é um retículo iônico).
  • Força dominante: atração eletrostática (força coulombiana) entre cargas opostas q_1 q_2 / (4\pi\varepsilon_0 r). Essa força é não-direcional e muito mais forte do que forças de dispersão entre moléculas, justificando altos pontos de fusão e condutividade elétrica quando fundido (os íons ficam móveis).
  • Consequência: sólido iônico clássico — duro, alto ponto de fusão, frágil, conduz eletricidade no estado líquido ou em solução.

Passo 8

Recapitulando em linguagem direta (preparando a resposta final): eu determinei para cada substância qual é a natureza das partículas que compõem o sólido (átomos ligando-se em rede, moléculas discretas ou íons) e, a partir disso, a interação dominante (ligações covalentes direcionais, forças de van der Waals/dispersion, ou atrações iônicas coulombianas). As justificativas e características práticas foram dadas acima.

Resposta

\mathrm{Si}: cristal covalente em rede (estrutura tipo diamante); forças: ligações covalentes fortes e direcionais entre átomos de Si.
\mathrm{SiH}_{4}: cristal molecular (moléculas discretas \mathrm{SiH}_{4} empacotadas); forças: forças intermoleculares de dispersão de London (van der Waals).
\mathrm{SiO}_{2}: cristal covalente em rede (rede tridimensional de tetraedros \mathrm{SiO}_{4}, ex.: quartzo); forças: ligações covalentes Si–O fortes na rede.
\mathrm{Na}_{2}\mathrm{O}: cristal iônico (íons \mathrm{Na}^+ e \mathrm{O}^{2-} em retículo); forças: atração eletrostática coulombiana entre íons opostos.

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