Geometria Molecular: o que é, teoria, tipos e exemplos

Hoje daremos início a mais um artigo, agora com a temática sobre Geometria molecular. Primeiramente ela é uma área muito importante da química e ela estuda a disposição tridimensional dos átomos em uma molécula.

Além disso, ela descreve a forma e a orientação dos átomos e grupos de átomos em relação ao átomo central.

Como é determinada a geometria molecular?

Ela é determinada pela interação entre os pares de elétrons ao redor do átomo central, sejam eles:

• Pares ligantes (compartilhados em ligações químicas); ou
• Pares não ligantes (pares de elétrons não compartilhados).

Criação, Invenção ou Descoberta? Você sabe como surgiu a geometria molecular?

Calma, nós iremos te contar! E se contarmos que a geometria molecular não foi inventada, criada tão pouco descoberta e que ela sim foi o resultado do desenvolvimento gradual da compreensão da estrutura molecular ao longo do tempo e que isso foi feito por mais de uma pessoa, você acreditaria?!

Pois bem, foram diversos cientistas e químicos contribuíram para o avanço da compreensão sobre o tema em questão.

Além disso, uma das teorias fundamentais usadas para explicar a geometria molecular é a Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência (VSEPR), teoria essa proposta por Ronald J. Gillespie e Ronald S. Nyholm na década de 1950.

Essa teoria descreve a geometria molecular com base na repulsão eletrostática entre os pares de elétrons ao redor do átomo central.

Além da teoria VSEPR, outros cientistas contribuíram para o desenvolvimento da compreensão dela. Por exemplo, Linus Pauling, famoso químico e vencedor do Prêmio Nobel, contribuiu com seus estudos sobre as ligações químicas e a estrutura molecular, que são fundamentais para a sua determinação.

Portanto, a geometria molecular é resultado do trabalho coletivo de diversos cientistas ao longo do tempo, com contribuições importantes de pesquisadores como Gillespie, Nyholm e Pauling, entre outros.

Por que entender geometria molecular?

O seu entendimento é essencial para entender as propriedades físicas e químicas das substâncias, bem como as interações e reatividades moleculares.

A Teoria VSEPR (Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência)

A teoria VSEPR, sigla em inglês para Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência, é amplamente utilizada para prever a geometria molecular.

De acordo com essa teoria, os pares de elétrons ao redor do átomo central, tanto os que estão ligados como os que não estão ligados, se afastam uns dos outros para alcançar uma configuração estável.

Ao considerar essa repulsão entre os elétrons, é possível descobrir a forma em que as moléculas se arranjam.

Tipos de Geometria Molecular

Existem diversos e diferentes tipos de geometria molecular, e esses tipos são determinados pela disposição tridimensional dos átomos em uma molécula.

Abaixo iremos mostrar alguns dos principais tipos, são eles:

Geometria Linear: Primeiramente, nesse arranjo, os átomos ligados ao átomo central estão alinhados em uma linha reta, formando um ângulo de 180°. Como, por exemplo: CO₂.

Geometria Trigonal Planar: Nesse caso, o átomo central está rodeado por três átomos ligantes, formando um plano triangular. Os ângulos entre as ligações são de 120°. Como, por exemplo: BF₃.

Geometria Tetraédrica: Aqui, o átomo central está cercado por quatro átomos ligantes, formando uma estrutura tridimensional com ângulos de ligação de aproximadamente 109,5°. Como, por exemplo: CH₄.

Geometria Trigonal Bipirâmide: Essa geometria é caracterizada pela presença de cinco átomos ligantes ao redor do átomo central, formando uma bipirâmide triangular. Existem dois tipos de posições para os átomos ligantes: os átomos equatoriais (formam ângulos de 120° entre si) e os átomos axiais (formam ângulos de 90° com os átomos equatoriais). Como, por exemplo: PF5.

Geometria Octaédrica: Nesse caso, o átomo central é cercado por seis átomos ligantes, formando uma estrutura octaédrica. Os ângulos de ligação são de aproximadamente 90°. Como, por exemplo: SF6.

Além desses tipos, existem outras geometrias moleculares ainda mais complexas, como:

• Geometria piramidal trigonal;
• Geometria em T; e
• Geometria quadrado planar, entre outras.

A determinação da geometria molecular é realizada com base na teoria VSEPR (Teoria da Repulsão dos Pares Eletrônicos da Camada de Valência) e nas características dos átomos e ligações presentes na molécula.

Suas importâncias e as aplicações – áreas de pesquisa e avanços recentes

1. Geometria molecular e as propriedades físicas e químicas das substâncias

A geometria molecular influencia características como polaridade, solubilidade, ponto de fusão e ebulição, entre outros.

2. Aplicações da geometria molecular na química orgânica e inorgânica

A compreensão da geometria molecular é essencial na síntese e análise de compostos orgânicos e inorgânicos.

Por exemplo, a geometria molecular afeta a reatividade de compostos, a estabilidade de complexos metálicos e a atividade biológica de moléculas.

3. Relação entre geometria molecular e propriedades ópticas

A geometria molecular pode influenciar as propriedades ópticas das substâncias, como a capacidade de rotação do plano da luz polarizada (polarização óptica) e a absorção de luz em diferentes comprimentos de onda.

4. Estudos avançados de geometria molecular

Além da teoria VSEPR, existem também outras abordagens teóricas e métodos experimentais para estudar a geometria molecular, tal como a teoria do orbital molecular, a espectroscopia de infravermelho e a cristalografia de raios X.

5. Aplicações práticas da geometria molecular na indústria e na vida cotidiana

A compreensão da geometria molecular é fundamental em áreas como a química farmacêutica, a produção de materiais e a engenharia de catalisadores, contribuindo para o desenvolvimento de novos medicamentos, materiais mais eficientes e processos industriais sustentáveis.

Considerações finais

Por fim, chegamos ao final de mais um artigo, concluímos que a geometria molecular é uma ferramenta muito poderosa para entender a forma tridimensional das moléculas e suas propriedades.

Além disso, a teoria VSEPR nos ajuda a prever a geometria molecular com base na repulsão eletrônica entre os pares de elétrons.

Então, ao conhecermos os diferentes tipos de geometria molecular e aplicarmos essa teoria, podemos interpretar a estrutura e as propriedades das moléculas com uma precisão ainda maior.

Por fim, os exercícios propostos ao final irão ajudar a consolidar o conhecimento adquirido sobre o tema em questão, além de permitir uma melhor compreensão sobre o tema em questão.

Agora, que tal realizar alguns exercícios sobre o tema abordado acima, praticar e testar ainda mais os ensinamento passados e adquiridos com o artigo?!

Exercícios

Exercício 1:

Determine a geometria molecular das seguintes moléculas e desenhe suas estruturas:
a) CO₂
b) H₂O
c) NH₃

Respostas:

a) CO₂: Geometria Linear
O=C=O

b) H₂O: Geometria Angular
H
|
H – O – H

c) NH₃: Geometria Trigonal Piramidal
H
I
H – N – H
|
H

Exercício 2:

Identifique o tipo de geometria molecular das seguintes moléculas:
a) CH₄
b) SF₄
c) XeF₂

Respostas:

a) CH₄: Geometria Tetraédrica
b) SF₄: Geometria Trigonal Bipirâmide
c) XeF₂: Geometria Linear

Exercício 3:

Identifique a geometria molecular das seguintes moléculas:
a) NH₃
b) SO₂
c) CF₄

Respostas:

a) NH₃: Geometria piramidal trigonal
b) SO₂: Geometria angular
c) CF₄: Geometria tetraédrica

Exercício 4:

Determine os ângulos de ligação aproximados nas seguintes moléculas:
a) H₂O
b) CO₂
c) CHCl₃

Respostas:

a) H₂O: Ângulo de ligação aproximado de 104.5°
b) CO₂: Ângulo de ligação aproximado de 180°
c) CHCl₃: Ângulos de ligação aproximados de 109.5° (entre C-Cl) e 109.5° (entre C-H)

Exercício 5:

Para cada uma das moléculas a seguir, indique se a geometria é polar ou não polar:
a) CH₄
b) NH₃
c) H₂O

Respostas:

a) CH₄: Não polar
b) NH₃: Polar
c) H₂O: Polar