Geometria Molecular — Teoria VSEPR e Formas

Geometria molecular é a forma tridimensional de uma molécula. Na maioria dos cursos introdutórios de química, essa forma é prevista pela teoria VSEPR: os domínios eletrônicos ao redor de um átomo central se repelem e, por isso, se organizam o mais afastados possível.

A maneira mais rápida de pensar nisso é a seguinte: primeiro conte os domínios eletrônicos e depois separe geometria dos domínios eletrônicos de geometria molecular. Pares livres não são átomos, mas ainda ocupam espaço, então podem mudar a forma e os ângulos de ligação.

Como a VSEPR prevê a geometria molecular

VSEPR significa Repulsão dos Pares de Elétrons da Camada de Valência. O modelo trata cada região de densidade eletrônica ao redor do átomo central como um domínio que repele os demais.

Para a contagem básica em VSEPR:

• uma ligação simples conta como um domínio
• uma ligação dupla conta como um domínio
• uma ligação tripla conta como um domínio
• um par livre conta como um domínio

Esse último ponto é o que os estudantes geralmente esquecem. Duas moléculas podem ter o mesmo número total de domínios eletrônicos, mas geometrias moleculares diferentes se uma tiver pares livres e a outra não.

Formas comuns de geometria molecular

Esta tabela reúne as formas que aparecem com mais frequência na química do primeiro ano:

Domínios eletrônicos no átomo central	Pares livres no átomo central	Geometria molecular	Exemplo comum
2	0	linear	$CO_2$
3	0	trigonal plana	$BF_3$
3	1	angular	$SO_2$
4	0	tetraédrica	$CH_4$
4	1	piramidal trigonal	$NH_3$
4	2	angular	$H_2O$
5	0	bipiramidal trigonal	$PCl_5$
5	1	gangorra	$SF_4$
5	2	em T	$ClF_3$
5	3	linear	$XeF_2$
6	0	octaédrica	$SF_6$
6	1	piramidal quadrada	$BrF_5$
6	2	quadrado planar	$XeF_4$

Esses são padrões comuns da VSEPR, não uma regra que se ajusta perfeitamente a toda molécula. A VSEPR funciona melhor como um primeiro modelo para muitas moléculas do grupo principal e íons poliatômicos.

Geometria eletrônica vs. geometria molecular

Essa distinção causa muitos erros.

A geometria dos domínios eletrônicos descreve a disposição de todos os domínios eletrônicos ao redor do átomo central, incluindo os pares livres. A geometria molecular descreve a disposição apenas dos átomos.

Por exemplo, $H_2O$ tem quatro domínios eletrônicos ao redor do oxigênio, então sua geometria dos domínios eletrônicos é tetraédrica. Mas apenas dois desses domínios são átomos ligados ao oxigênio, então sua geometria molecular é angular.

Exemplo resolvido: por que a água é angular

Use $H_2O$ como caso modelo.

Primeiro, desenhe a estrutura de Lewis. O oxigênio é o átomo central, ligado a dois hidrogênios, e possui dois pares livres.

Agora conte os domínios eletrônicos ao redor do oxigênio:

• duas ligações $O-H$
• dois pares livres

Isso totaliza quatro domínios eletrônicos.

Quatro domínios eletrônicos dão uma geometria dos domínios eletrônicos tetraédrica. Se os quatro domínios fossem pares ligantes, a forma molecular também seria tetraédrica, como em $CH_4$. Mas, na água, dois dos domínios são pares livres.

Portanto, a geometria molecular é angular, não tetraédrica.

Isso também explica o ângulo de ligação. Um ângulo tetraédrico ideal é de cerca de $109.5^\circ$, mas o ângulo $H-O-H$ na água é menor, cerca de $104.5^\circ$. No modelo VSEPR, pares livres repelem mais fortemente do que pares ligantes, então empurram as duas ligações $O-H$ para mais perto uma da outra.

Esse exemplo resume a ideia principal: a geometria depende tanto do número total de domínios eletrônicos quanto de quantos deles são pares livres.

Como determinar a geometria molecular passo a passo

Use esta sequência para a maioria dos problemas introdutórios:

1. Desenhe uma estrutura de Lewis razoável.
2. Identifique o átomo central.
3. Conte os domínios eletrônicos ao redor desse átomo central.
4. Determine a geometria dos domínios eletrônicos a partir da contagem de domínios.
5. Ignore os pares livres ao nomear a geometria molecular, mas não os ignore ao analisar repulsão e ângulos de ligação.

Se a estrutura de Lewis estiver errada, a geometria geralmente também estará errada. A VSEPR começa pela estrutura, não pela memorização isolada de uma tabela de formas.

Erros comuns em problemas de VSEPR

Contar uma ligação múltipla como mais de um domínio

Na VSEPR, uma ligação dupla ou tripla ainda conta como um único domínio eletrônico ao redor do átomo central. A densidade eletrônica está distribuída de forma diferente, mas, para a contagem básica da geometria, continua sendo uma única região.

Confundir geometria eletrônica com geometria molecular

É por isso que os estudantes muitas vezes dizem que a água é tetraédrica. A água é tetraédrica apenas na geometria dos domínios eletrônicos. Sua geometria molecular é angular.

Ignorar os pares livres

Pares livres não aparecem como átomos no nome final da forma, mas afetam fortemente a geometria e muitas vezes reduzem os ângulos de ligação em relação ao valor ideal.

Tratar a VSEPR como exata em todos os casos

A VSEPR fornece uma primeira previsão útil, especialmente para muitas espécies do grupo principal. Ela é menos confiável quando a ligação é mais complexa, como em muitos compostos de metais de transição ou em casos nos quais uma descrição orbital mais detalhada é importante.

Quando a geometria molecular importa

A geometria molecular é usada para prever ângulos de ligação, polaridade e tendências de reatividade. Ela também ajuda a explicar por que moléculas com os mesmos átomos podem se comportar de maneira diferente se tiverem formas diferentes.

Por exemplo, a forma ajuda a analisar se os dipolos de ligação se cancelam, se uma molécula provavelmente será polar e como os átomos estão posicionados para interações intermoleculares ou reações.

Tente uma molécula parecida

Faça sua própria versão com $NH_3$ ou $CO_2$. Desenhe a estrutura de Lewis, conte os domínios eletrônicos ao redor do átomo central e nomeie tanto a geometria dos domínios eletrônicos quanto a geometria molecular.

Se quiser ir um passo além, compare a forma encontrada com a polaridade da molécula e pergunte se os dipolos de ligação se cancelam.