A geometria molecular é um ramo da química que estuda a disposição tridimensional dos átomos em uma molécula. A forma da molécula é determinada pela distribuição dos pares de elétrons ao redor do átomo central, levando em consideração a repulsão entre eles. Existem vários tipos de geometria molecular, como linear, angular, trigonal planar, piramidal, tetraédrica, entre outros. Cada tipo de geometria molecular apresenta características específicas que influenciam nas propriedades físicas e químicas das substâncias. Neste artigo, exploraremos alguns exemplos de geometria molecular e suas aplicações práticas.
Tipos de geometria molecular: conheça as diferentes configurações das moléculas.
Quando falamos de geometria molecular, estamos nos referindo à disposição tridimensional dos átomos em uma molécula. Essa disposição é determinada pela repulsão entre os pares de elétrons ao redor do átomo central. Existem diferentes tipos de geometria molecular, cada um com suas características específicas.
Um dos tipos mais comuns de geometria molecular é a geometria linear, onde os átomos estão alinhados em uma linha reta. Um exemplo disso é a molécula de CO2, onde o átomo de carbono está no centro e os átomos de oxigênio estão em cada extremidade.
Outro tipo é a geometria angular, onde os átomos formam um ângulo entre si. Um exemplo é a molécula de água (H2O), onde os átomos de hidrogênio formam um ângulo de aproximadamente 104,5 graus em relação ao átomo de oxigênio.
A geometria trigonal plana é caracterizada por uma disposição triangular dos átomos ao redor do átomo central. Um exemplo é a molécula de BF3, onde os átomos de flúor formam um triângulo em torno do átomo de boro.
Já a geometria tetraédrica é caracterizada por uma disposição tetraédrica dos átomos ao redor do átomo central. Um exemplo é a molécula de metano (CH4), onde os átomos de hidrogênio estão dispostos em torno do átomo de carbono de forma tetraédrica.
Existem muitos outros tipos de geometria molecular, cada um com suas próprias características e exemplos. Compreender a geometria molecular é fundamental para compreender as propriedades físicas e químicas das moléculas, bem como sua reatividade com outras substâncias.
Identificando a geometria molecular através da disposição dos átomos na molécula.
A geometria molecular é a disposição espacial dos átomos em uma molécula. Essa disposição é determinada pela repulsão entre os pares de elétrons ao redor do átomo central. Existem diversos tipos de geometria molecular, cada um com suas características específicas.
Um dos tipos mais comuns de geometria molecular é a linear, onde os átomos ligados ao átomo central estão dispostos em uma linha reta. Um exemplo disso é a molécula de dióxido de carbono (CO2), onde os átomos de oxigênio estão ligados ao átomo de carbono de forma linear.
Outro tipo de geometria molecular é a trigonal planar, onde os átomos ligados ao átomo central estão dispostos em um plano triangular. Um exemplo disso é a molécula de trióxido de enxofre (SO3), onde os átomos de oxigênio estão dispostos em um plano triangular ao redor do átomo de enxofre.
Além desses exemplos, existem muitos outros tipos de geometria molecular, como a tetraédrica, a piramidal e a angular. Cada uma dessas geometrias é identificada pela disposição dos átomos na molécula, o que influencia em suas propriedades químicas e físicas.
Portanto, ao analisar a disposição dos átomos em uma molécula, é possível identificar a sua geometria molecular e compreender melhor as interações entre os átomos. Isso é fundamental para a compreensão da química molecular e para o desenvolvimento de novos materiais e compostos químicos.
Entendendo a estrutura molecular: o que é geometria e como ela influencia nas propriedades.
A geometria molecular é a disposição tridimensional dos átomos que compõem uma molécula. Ela influencia diretamente nas propriedades físicas e químicas de uma substância, determinando sua reatividade, polaridade e até mesmo suas propriedades biológicas. A geometria molecular é crucial para compreender como as moléculas interagem umas com as outras e como isso afeta o comportamento das substâncias no mundo ao nosso redor.
Existem diversos tipos de geometria molecular, que podem ser classificados de acordo com a disposição dos átomos em torno de um átomo central. Alguns exemplos comuns incluem a geometria linear, angular, trigonal planar, piramidal e tetraédrica. Cada uma dessas geometrias possui características específicas que influenciam as propriedades da molécula.
Por exemplo, a geometria linear é caracterizada pela disposição de átomos em uma linha reta, o que resulta em moléculas não polares. Já a geometria angular, ou dobrada, apresenta um ângulo entre os átomos, o que pode tornar a molécula polar. A geometria trigonal planar é encontrada em moléculas com três átomos ligados ao redor de um átomo central, como o caso do CO2. Essa geometria é importante para compreender a polaridade da molécula e suas propriedades físicas.
Em resumo, a geometria molecular é essencial para entender as propriedades das substâncias e como elas interagem com o ambiente ao seu redor. Ao conhecer a disposição tridimensional dos átomos em uma molécula, é possível prever seu comportamento e suas propriedades de forma mais precisa, o que é fundamental para diversos campos da química e da biologia.
Tipos de moléculas: uma breve explicação sobre os diferentes compostos químicos presentes na natureza.
As moléculas são formadas por átomos ligados entre si por ligações químicas. Existem diferentes tipos de moléculas na natureza, cada uma com propriedades e características únicas. Os principais tipos de moléculas são: moléculas orgânicas, moléculas inorgânicas e moléculas biológicas.
As moléculas orgânicas são compostas principalmente por carbono e hidrogênio, podendo também conter oxigênio, nitrogênio, enxofre, entre outros elementos. Exemplos de moléculas orgânicas incluem os hidrocarbonetos, os álcoois, os ácidos carboxílicos e os aminoácidos.
As moléculas inorgânicas, por sua vez, são compostas por elementos diferentes do carbono. Alguns exemplos de moléculas inorgânicas são a água (H2O), o dióxido de carbono (CO2) e o cloreto de sódio (NaCl).
As moléculas biológicas são aquelas presentes nos seres vivos e desempenham funções específicas em processos biológicos. Exemplos de moléculas biológicas incluem os aminoácidos, os açúcares, os lipídios e os ácidos nucleicos.
Em resumo, os diferentes tipos de moléculas presentes na natureza possuem composições químicas distintas e desempenham papéis fundamentais em diversos processos químicos e biológicos.
Geometria Molecular: tipos e exemplos
A geometria molecular ou estrutura molecular é o arranjo espacial dos átomos em torno de um átomo central. Os átomos representam regiões onde existe uma alta densidade eletrônica e, portanto, são considerados grupos eletrônicos, independentemente dos links que formam (simples, duplos ou triplos).
Esse conceito deriva da combinação e dos dados experimentais de duas teorias: a da ligação Valencia (TEV) e a repulsão dos pares eletrônicos da camada Valencia (RPECV). Enquanto o primeiro define as ligações e seus ângulos, o segundo estabelece a geometria e, consequentemente, a estrutura molecular.
Quais formas geométricas são capazes de adotar moléculas? As duas teorias anteriores fornecem as respostas. De acordo com o RPECV, os átomos e pares de elétrons livres devem ser dispostos no espaço de modo a minimizar a repulsão eletrostática entre eles.
Portanto, as formas geométricas não são arbitrárias, mas procuram o design mais estável. Por exemplo, na imagem superior, um triângulo pode ser visto à esquerda e um octaedro à direita. Os pontos verdes representam os átomos e as listras laranja as amarras.
No triângulo, os três pontos verdes são orientados em uma separação de 120º. Esse ângulo, que é igual ao da ligação, permite que os átomos se repelam o menos possível. Portanto, uma molécula com um átomo central anexado a três outras adotará uma geometria do plano trigonal.
No entanto, o RPECV prevê que um par livre de elétrons no átomo central distorcerá a geometria. No caso do plano trigonal, esse par pressionará os três pontos verdes, resultando em uma geometria da pirâmide trigonal.
O mesmo pode acontecer com o octaedro da imagem. Nele, todos os átomos são separados da maneira mais estável possível.
Como conhecer antecipadamente a geometria molecular de um átomo X?
Para isso, também é necessário considerar pares de elétrons livres como grupos eletrônicos. Estes, juntamente com os átomos, definirão o que é conhecido como geometria eletrônica, que é um companheiro inseparável da geometria molecular.
A partir da geometria eletrônica, e tendo detectado através da estrutura de Lewis os pares de elétrons livres, pode-se estabelecer qual será a geometria molecular. A soma de todas as geometrias moleculares fornecerá um esboço da estrutura geral.
Tipos
Como visto na imagem principal, a geometria molecular depende de quantos átomos circundam o átomo central. No entanto, se um par de elétrons não emparelhado estiver presente, ele modificará a geometria porque ocupa muito volume. Portanto, exerce um efeito estérico.
De acordo com isso, a geometria pode apresentar uma série de formas características para muitas moléculas. E é aqui que surgem diferentes tipos de geometria molecular ou estrutura molecular.
Quando a geometria é igual à estrutura? Ambos denotam o mesmo apenas nos casos em que a estrutura não possui mais de um tipo de geometria; caso contrário, todos os tipos presentes devem ser considerados e atribuir à estrutura um nome global (linear, ramificado, globular, plano etc.).
As geometrias são especialmente úteis para explicar a estrutura de um sólido a partir de suas unidades estruturais.
Linear
Todos os links covalentes são direcionais, portanto o link AB é linear. Mas a molécula de AB 2 será linear ? Se sim, a geometria é simplesmente representada como: BAB. Os dois átomos B são separados por um ângulo de 180º e, de acordo com o TEV, A deve ter orbitais híbridos sp.
Angular
Pode-se assumir em primeira instância uma geometria linear para a molécula AB 2 ; No entanto, é essencial desenhar a estrutura de Lewis antes de chegar a uma conclusão. Desenhada a estrutura de Lewis, você pode identificar o número de pares de elétrons sem compartilhar (:) no átomo de A.
Quando é assim, no topo de A os pares de elétrons empurram os dois átomos de B para baixo, mudando seus ângulos. Como resultado, a molécula linear BAB acaba se tornando uma geometria V, bumerangue ou angular (imagem superior)
A molécula de água, HOH, é o exemplo ideal para esse tipo de geometria. No átomo de oxigênio, existem dois pares de elétrons sem compartilhamento que são orientados em um ângulo aproximado de 109 °.
Por que esse ângulo? Porque a geometria eletrônica é tetraédrica, que tem quatro vértices: dois para os átomos de H e dois para os elétrons. Na imagem acima, observe que os pontos verdes e os dois “lobos com olhos” desenham um tetraedro com o ponto azulado no centro.
Se o O não tivesse pares de elétrons livres, a água formaria uma molécula linear, sua polaridade diminuiria e os oceanos, mares, lagos etc. provavelmente não existiriam como são conhecidos.
Tetraédrico
A imagem superior representa a geometria tetraédrica. Para a molécula de água, sua geometria eletrônica é tetraédrica, mas, ao eliminar os pares livres de elétrons, pode-se notar que ela é transformada em uma geometria angular. Isso também é observado simplesmente eliminando dois pontos verdes; os dois restantes desenharão o V com o ponto azul.
E se, em vez de dois pares de elétrons livres, houvesse apenas um? Então haveria um plano trigonal (imagem principal). No entanto, ao eliminar um grupo eletrônico, o efeito estérico produzido pelo par de elétrons livres não é evitado. Portanto, distorce o plano trigonal para uma pirâmide de base triangular:
Embora a geometria molecular da pirâmide trigonal e tetraédrica seja diferente, a geometria eletrônica é a mesma: tetraédrica. Então a pirâmide trigonal não conta como geometria eletrônica?
A resposta é não, pois é o produto da distorção causada pelo “lobo com os olhos” e seu efeito estérico, e a referida geometria não leva em consideração as distorções subsequentes.
Por esse motivo, é sempre importante primeiro determinar a geometria eletrônica com a ajuda das estruturas de Lewis antes de definir a geometria molecular. A molécula de amônia, NH 3 , é um exemplo de geometria molecular da pirâmide trigonal, mas com geometria eletrônica tetraédrica.
Pirâmide Trigonal
Até o momento, com exceção da geometria linear, na pirâmide tetraédrica, angular e trigonal, seus átomos centrais têm hibridização sp 3 , de acordo com o TEV. Isso significa que, se seus ângulos de ligação foram determinados experimentalmente, eles deveriam estar em torno de 109º.
A partir da geometria dipiramidal trigonal, existem cinco grupos eletrônicos ao redor do átomo central. Na imagem acima, você pode ver com os cinco pontos verdes; três na base triangular e dois nas posições axiais, que são os vértices superior e inferior da pirâmide.
Que hibridação tem o ponto azul? Você precisa de cinco orbitais híbridos para formar as ligações simples (laranja). Isto é conseguido através dos cinco orbitais sp 3 d (produto da mistura de um orbital s, três pe ed).
Ao considerar cinco grupos eletrônicos, a geometria é a já exposta, mas quando há pares de elétrons sem compartilhamento, novamente sofre distorções que geram outras geometrias. Da mesma forma, surge a seguinte pergunta: esses pares podem ocupar qualquer posição na pirâmide? São eles: o axial ou o equatorial.
Posições axial e equatorial
Os pontos verdes que compõem a base triangular estão em posições equatoriais, enquanto os dois nas extremidades superior e inferior, em posições axiais. Onde o par de elétrons será localizado preferencialmente sem compartilhamento? Nessa posição, minimiza a repulsão eletrostática e o efeito estérico.
Na posição axial, o par de elétrons “pressionaria perpendicularmente” (90º) na base triangular, enquanto que se estivesse na posição equatorial, os dois grupos eletrônicos restantes da base seriam separados em 120º e pressionariam as duas extremidades em 90º (em vez de três, como na base).
Portanto, o átomo central procurará orientar seus pares livres de elétrons em posições equatoriais para gerar geometrias moleculares mais estáveis.
Oscilante e em forma de T
Se na geometria bipiramidal trigonal um ou mais de seus átomos fossem substituídos por pares livres de elétrons, também haveria diferentes geometrias moleculares.
À esquerda da imagem superior, a geometria muda para a forma oscilante. Nele, o par livre de elétrons empurra o restante dos quatro átomos na mesma direção, dobrando suas ligações para a esquerda. Observe que esse par e dois átomos estão no mesmo plano triangular da bipirâmide original.
E à direita da imagem, a geometria em forma de T. Essa geometria molecular é o resultado da substituição de dois átomos por dois pares de elétrons, resultando nos três átomos restantes alinhados no mesmo plano que desenha exatamente uma letra T.
Portanto, para uma molécula do tipo AB 5 , ela adota a geometria trigonal bipiramidal. No entanto, AB 4 , com a mesma geometria eletrônica, adotará a geometria oscilante; e AB 3 , a geometria em forma de T. Em todos eles, A (normalmente) sp 3 d hibridação .
Para determinar a geometria molecular, é necessário desenhar a estrutura de Lewis e, portanto, sua geometria eletrônica. Se for uma bipirâmide trigonal, os pares livres de elétrons serão descartados, mas não seus efeitos estéricos no restante dos átomos. Assim, pode-se discernir perfeitamente entre as três possíveis geometrias moleculares.
Octaédrica
À direita da imagem principal está representada a geometria molecular octaédrica. Este tipo de geometria corresponde aos compostos AB 6 . AB 4 forma a base quadrada, enquanto os dois B restantes estão posicionados em posições axiais. Assim, vários triângulos equilaterais são formados, que são as faces do octaedro.
Aqui, novamente, pode haver (como em todas as geometrias eletrônicas) pares de elétrons livres e, portanto, outras geometrias moleculares derivam desse fato. Por exemplo, AB 5 com geometria eletrônica octaédrica consiste em uma pirâmide com uma base quadrada e AB 4 de um plano quadrado:
No caso da geometria eletrônica octaédrica, essas duas geometrias moleculares são as mais estáveis em termos de repulsão eletrostática. Na geometria do plano quadrado, os dois pares de elétrons estão separados por 180º.
Qual é a hibridação do átomo A nessas geometrias (ou estruturas, se for a única)? Novamente, o VTE estabelece que são sp 3 d 2 , seis orbitais híbridos, o que permite A orientar os grupos eletrônicos nos vértices de um octaedro.
Outras geometrias moleculares
Modificando as bases das pirâmides mencionadas até agora, algumas geometrias moleculares mais complexas podem ser obtidas. Por exemplo, a bipirâmide pentagonal é baseada em um pentágono e os compostos que a formam têm uma fórmula geral AB 7 .
Como as outras geometrias moleculares, a substituição dos átomos de B por pares sem elétrons distorcerá a geometria para outras formas.
Além disso, os compostos AB 8 podem adotar geometrias como o anti-prisma quadrado. Algumas geometrias podem ser muito complicadas, especialmente para as fórmulas AB 7 em diante (até AB 12 ).
Exemplos
Uma série de compostos para cada uma das principais geometrias moleculares será mencionada abaixo. Como exercício, você pode desenhar as estruturas de Lewis para todos os exemplos e certificar se, dada a geometria eletrônica, as geometrias moleculares são obtidas conforme listado abaixo.
Geometria linear
-Etileno, H 2 C≡CH 2
– Cloreto de berílio, BeCl 2 (Cl-Be-Cl)
-Dióxido de carbono, CO 2 (O = C = O)
-Nitrogênio, N 2 (N≡N)
-Dibrometo de mercúrio, HgBr 2 (Br-Hg-Br)
– ânion triiodeto, I 3 – (III)
-Hidrocianico, HCN (HN≡C)
Seus ângulos devem ser 180º e, portanto, possuem hibridação sp.
Geometria angular
– a água
-Dióxido de enxofre, SO 2
-Dióxido de nitrogênio, NO 2
-Ozone, OR 3
-Anião amida, NH 2 –
Plano trigonal
-Trifluoreto de bromo, BF 3
– Tricloreto de alumínio, AlCl 3
Ânion nitrato, NO 3 –
-Anião de carbonato, CO 3 2–
Tetraédrico
-Gás metano, CH 4
-Tetracloreto de carbono, CCl 4
-Camião de amônio, NH 4 +
– ânion sulfato, SO 4 2-
Pirâmide Trigonal
-Amônico, NH 3
– cátion hidrônio, H 3 O +
Pirâmide Trigonal
-Pentafluoreto de pós-fósforo, PF 5
-Pentacloreto de antônia, SbF 5
Rocking
Tetrafluoreto de enxofre, SF 4
Forma de T
– Cloreto de iodo, ICl 3
– Trifluoreto de cloro, ClF 3 (ambos os compostos são conhecidos como inter-halogênios)
Octaédrica
– Hexafluoreto de enxofre, SF 6
– Hexafluoreto de selênio, SeF 6
-Hexafluorofosfato, PF 6 –
Para concluir, a geometria molecular é o que explica as observações das propriedades químicas ou físicas da matéria. No entanto, é orientado de acordo com a geometria eletrônica, de modo que o último deve sempre ser determinado antes do primeiro.
Referências
- Whitten, Davis, Peck e Stanley. Química (8a ed.). CENGAGE Learning, p. 194-198.
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição., P. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill
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- Virtual Chembook, Charles E. Ophardt. (2003). Introdução à Geometria Molecular. Recuperado de: chemistry.elmhurst.edu
- Química LibreTexts. (8 de setembro de 2016). Geometria de moléculas. Recuperado de: chem.libretexts.org