Geometria molecular é o estudo de como os átomos estão distribuidos espacialmente em uma molécula. Esta pode assumir várias formas geométricas, dependendo dos átomos que a compõem. As principais classificações são linear, angular, trigonal plana, piramidal e tetraédrica.
Para se determinar a geometria de uma molécula, é preciso conhecer a teoria da repulsão dos pares eletrónicos da camada de valência.
Teoria da repulsão dos pares eletrônicos
Baseia-se na idéia de que pares eletrônicos da camada de valência de um átomo central, estejam fazendo Ligação química ou não, se comportam como nuvens eletrónicas que se repelem, ficando com a maior distância angular possível uns dos outros. Uma nuvem eletrónica pode ser representada por uma ligação simples, dupla, tripla ou mesmo por um par de eletrons que não estão a fazer ligação química. Essa teoria funciona bem para moléculas do tipo ABx, em que A é o átomo central e B é chamado elemento ligante. De acordo com essa teoria, os pares de elétrons da camada de valência do átomo central (A) se repelem, produzindo o formato da molécula ou íon.
Assim, se houver 2 nuvens eletrônicas ao redor de um átomo central, a maior distância angular que elas podem assumir é 180 graus. No caso de três nuvens, 120 graus etc., sendo que é de extrema importância analisar se a ligação é covalente ou iônica.
Tipos de geometria molecular
Linear: Acontece em toda molécula biatómica (que possui dois átomos) ou em toda molécula em que o átomo central possui no máximo duas nuvens eletrónicas em sua camada de valência. Exemplo: Ácido clorídrico (HCl) e gás carbônico (CO2).
Trigonal plana ou triangular: Acontece somente quando o átomo central tem três nuvens eletrónicas em sua camada de valência. Estas devem fazer ligações químicas, formando um ângulo de 120 graus entre os átomos ligados ao átomo central. Obs: caso 2 das nuvens eletrónicas for de ligações quimicas e uma de eletrões não ligantes a geometria é angular, como descrita a cima. O angulo é de 120º
Angular: Acontece quando o átomo central tem três ou quatro nuvens eletrónicas em sua camada de valência. No caso de três, duas devem estar fazendo ligações químicas e uma não, formando um ângulo de 120 graus entre os átomos ligantes. Quando há quatro nuvens, duas devem fazer ligações químicas e duas não, formando um ângulo de 104° 34' (104,45°) entre os átomos.
Tetraédrica: Acontece quando há quatro nuvens eletrónicas na camada de valência do átomo central e todas fazem ligações químicas. O átomo central assume o centro de um tetraedro regular. Ângulo de 109º 28'
Piramidal: Acontece quando há quatro nuvens eletrónicas na camada de valência do átomo central, sendo que três fazem ligações químicas e uma não. Os três átomos ligados ao átomo central não ficam no mesmo plano.O angulo é de 107°. O exemplo mais citado é o amoníaco, NH3
Bipiramidal: Acontece quando há cinco nuvens eletrónicas na camada de valência do átomo central, todas fazendo ligação química. O átomo central assume o centro de uma bipiramide trigonal, sólido formado pela união de dois tetraedros por uma face comum. Como exemplo cita-se a molécula PCl5. Os angulos entre as ligações são 120 graus e 90 graus.
Octaédrica: Acontece quando há seis nuvens eletrónicas na camada de valência do átomo central e todas fazem ligações químicas formando angulos de 90 graus e 180 graus.
Moléculas formadas por 2 átomos - Conformação Linear:
Ex1: F2:(7x2)= 14 elétrons:
F-F Geometria: Linear
Ex2: HCl:(1+7)= 8 elétrons:
H-Cl Geometria: Linear
Moléculas formadas por 3 átomos:
- Quando o átomo central NÃO possui par de elétrons livre:
Ex1: CO2: 4+(6x2)= 4+12= 16 elétrons:
O=C=O Geometria: Linear
Moléculas formadas por 4 átomos:
Quando possui um par de elétron não -ligantes:
Piramidal, exemplo:NH3
Caso ao contrário:
Trigonal Plana,exemplo:BF3
Moléculas formadas por 5 átomos:
-Quando possui um par de elétrons não ligantes: Gangorra, exemplo SF4 -Caso contrário: Tetraédrica.Exemplo:CH4
Um antigo conceito diz que a molécula é a menor parte de uma substância que mantém suas características de composição e propriedades químicas, entretanto tem-se conhecimento atualmente que as propriedades químicas de uma substância não são determinadas por uma molécula isolada, mas por um conjunto mínimo destas.
Muitas substâncias familiares são feitas de moléculas (por exemplo açúcar, água, e a maioria dos gases) enquanto muitas outras substâncias igualmente familiares não são moleculares em sua estrutura (por exemplo sais, metais, e os gases nobres).
Quando iniciou-se o estudo e formulação da teoria atômica, era dado o nome de átomo a qualquer entidade química que poderia ser considerada fundamental e indivisível. As observações no comportamento dos gases levaram ao conceito de átomo como unidade básica da matéria e relacionada ao elemento químico, desta forma, houve uma distinção da molécula como "porção fundamental de todo composto", obtida pela união de vários átomos por ligações de natureza diferente.
Basicamente, o átomo abriga em seu núcleo partículas elementares de carga elétrica positiva (prótons) e neutra (nêutrons), este núcleo atômico é rodeado por uma nuvem de elétrons em movimento contínuo (eletrosfera). A maioria dos elementos não são estáveis, por isso, quando dois átomos se aproximam, há uma interação das núvens eletrônicas entre si. Esta interação se dá também com os núcleos dos respectivos átomo, isto acaba por torná-los estáveis. Os átomos se ligam e formam agregados de moléculas.
A natureza das moléculas determina as propriedades químicas das substâncias, se caracterizam pela natureza dos átomos que as integram, pela relação de proporção entre esses átomos e pelo seu arranjo dentro de si.
Uma ligação entre dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio (H2O), forma uma molécula de água; dois átomos de cada um desses mesmos elementos produz peróxido de hidrogênio (H2O2), vulgarmente chamado de água oxigenada, cujas propriedades são diferentes da água.
Os átomos também se ligam em proporções idênticas, mas podem formar isômeros, que são moléculas diferentes. No álcool etílico (CH3CH2OH) e o éter metílico (CH3OCH3), é a diferença de arrumação dos átomos que estabelece ligações diferentes dentro da molécula.
A distribuição espacial dos átomos que formam uma molécula depende das propriedades químicas e do tamanho destes. Quando muito eletronegativos os átomos formam ligações classificadas como covalentes, pois apresentam aspecto equilibrado e simétrico.
Se houver maior afinidade sobre os elétrons compartilhados, a distribuição espacial é deformada e modificam-se os ângulos da ligação, que passa a ser polar. Nas ligações covalentes, os conceitos de orbital molecular e orbital atômico são fundamentais.
As possíveis combinações dos números quânticos definem o estado físico de um átomo. Podemos distinguir quatro tipos de orbitais atômicos, definidos pelo número quântico principal: s, de simetria esférica, e p, d e f, constituídos por estruturas em forma helicoidal dispostas ao longo ou entre os eixos direcionais das três dimensões.
No caso das substâncias iônicas, é nítida a diferença no que se refere à força de atração entre os elétrons, estes se deslocam de um átomo para outro. No caso do sal de cozinha, (cloreto de sódio - NaCl), no estado sólido, consiste de íons positivos de sódio e íons negativos de cloro. As forças elétricas existentes entre esses íons formam os seus cristais.
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