Direto ao assunto
Resumo rápido
A geometria molecular é a forma que uma molécula assume no espaço: os átomos não ficam enfileirados de qualquer jeito, e sim organizados em ângulos bem definidos, que dependem de quantas ligações e de quantos pares de elétrons livres o átomo central possui. É um tema ♨️ Morno no ENEM e nos vestibulares, porque a forma da molécula decide se ela é polar ou apolar, como ela interage com outras moléculas e até que propriedades físicas ela apresenta.
A regra que organiza tudo é a teoria da repulsão dos pares de elétrons da camada de valência, a VSEPR: os pares de elétrons ao redor do átomo central se repelem e ficam o mais longe possível uns dos outros. É essa repulsão que define os ângulos entre as ligações. Para descobrir a geometria, basta contar os domínios de elétrons do átomo central — ligações, simples, duplas ou triplas, contam como um domínio cada, e cada par livre conta como um domínio — e depois lembrar que os pares livres empurram mais forte que os pares ligantes, apertando os ângulos.
Como descobrir a geometria passo a passo
Primeiro, identifique o átomo central, em geral o menos eletronegativo, que não seja o hidrogênio. Depois, conte quantos átomos estão ligados a ele e quantos pares de elétrons livres ele possui. A soma desses dois números dá o número de domínios, que indica o arranjo dos pares de elétrons. Por fim, olhe só para a posição dos átomos, ignorando os pares livres, e você terá a geometria molecular.
Um exemplo clássico é a água, \( \text{H}_2\text{O} \): o oxigênio tem 2 ligações e 2 pares livres, ou seja, 4 domínios, com arranjo tetraédrico, mas como só 2 posições são ocupadas por átomos, a geometria é angular, com ângulo de aproximadamente \( 104,5^\circ \), menor que o ângulo tetraédrico ideal de \( 109,5^\circ \), porque os pares livres empurram as ligações. Já o dióxido de carbono, \( \text{CO}_2 \), tem o carbono com 2 ligações duplas e nenhum par livre, ou seja, 2 domínios, e é linear, com ângulo de \( 180^\circ \).
| Domínios | Ligações | Pares livres | Geometria | Ângulo | Exemplo |
|---|---|---|---|---|---|
| 2 | 2 | 0 | Linear | \( 180^\circ \) | \( \text{CO}_2 \), \( \text{BeCl}_2 \) |
| 3 | 3 | 0 | Trigonal plana | \( 120^\circ \) | \( \text{BF}_3 \), \( \text{SO}_3 \) |
| 3 | 2 | 1 | Angular | cerca de \( 120^\circ \) | \( \text{SO}_2 \), \( \text{O}_3 \) |
| 4 | 4 | 0 | Tetraédrica | \( 109,5^\circ \) | \( \text{CH}_4 \), \( \text{NH}_4^+ \) |
| 4 | 3 | 1 | Piramidal | cerca de \( 107^\circ \) | \( \text{NH}_3 \), \( \text{PCl}_3 \) |
| 4 | 2 | 2 | Angular | cerca de \( 104,5^\circ \) | \( \text{H}_2\text{O} \), \( \text{H}_2\text{S} \) |
As geometrias mais cobradas
A geometria linear aparece quando há 2 domínios, como no \( \text{CO}_2 \) e no \( \text{BeCl}_2 \), com ângulo de \( 180^\circ \). A trigonal plana surge com 3 domínios e nenhum par livre, como no \( \text{BF}_3 \), com ângulo de \( 120^\circ \): os três átomos ficam no mesmo plano, formando um triângulo. A tetraédrica é a do metano, \( \text{CH}_4 \), com 4 ligações e nenhum par livre, e ângulo de \( 109,5^\circ \), como os vértices de uma pirâmide de base triangular.
Quando há pares livres, a geometria muda de nome, mesmo que o arranjo dos elétrons seja o mesmo. Com 3 domínios e 1 par livre, a molécula é angular, como o \( \text{SO}_2 \). Com 4 domínios e 1 par livre, ela é piramidal, como a amônia, \( \text{NH}_3 \), com ângulo de cerca de \( 107^\circ \). Com 4 domínios e 2 pares livres, ela volta a ser angular, como a água, com ângulo de cerca de \( 104,5^\circ \). Perceba o padrão: quanto mais pares livres, menor o ângulo, porque o par livre ocupa mais espaço e empurra as ligações.
Há ainda geometrias com 5 e 6 domínios, menos cobradas, mas que podem aparecer: a bipirâmide trigonal, como no \( \text{PCl}_5 \), com ângulos de \( 90^\circ \) e \( 120^\circ \), e a octaédrica, como no \( \text{SF}_6 \), com ângulos de \( 90^\circ \). Para essas, o raciocínio é o mesmo: os domínios se afastam ao máximo.
Geometria e polaridade: por que a forma importa
A geometria decide se os momentos dipolares das ligações se cancelam ou se somam. No \( \text{CO}_2 \), linear, as duas ligações polares puxam em sentidos opostos e se cancelam: a molécula é apolar. No \( \text{BF}_3 \), trigonal plana, os três vetores se cancelam também. Já na água, angular, os vetores não se cancelam, e a molécula é polar. No metano, tetraédrico e simétrico, os vetores se cancelam, e a molécula é apolar, enquanto na amônia, piramidal, o vetor do par livre não é cancelado, e a molécula é polar.
Essa ligação entre forma e polaridade é o que torna a geometria tão útil na prova: uma questão pode pedir a geometria para, em seguida, perguntar sobre solubilidade, ponto de ebulição ou forças intermoleculares. Moléculas polares tendem a dissolver em solventes polares, e apolares em apolares, pela regra do semelhante dissolve semelhante.
Exemplos resolvidos passo a passo
Exemplo 1. Qual é a geometria da amônia, \( \text{NH}_3 \)?
Passo 1: o nitrogênio é o átomo central, com 3 ligações e 1 par livre.
Passo 2: são 4 domínios, com arranjo tetraédrico.
Passo 3: olhando só para os átomos, a geometria é piramidal, com ângulo de cerca de \( 107^\circ \).
Exemplo 2. Por que a água é angular e não linear?
Passo 1: o oxigênio tem 2 ligações e 2 pares livres, totalizando 4 domínios.
Passo 2: os pares livres repelem as ligações e apertam o ângulo.
Passo 3: o resultado é a forma angular, com ângulo de cerca de \( 104,5^\circ \).
Exemplo 3. O \( \text{BF}_3 \) é polar ou apolar?
Passo 1: o boro tem 3 ligações e nenhum par livre: geometria trigonal plana.
Passo 2: a molécula é simétrica, e os três vetores dipolares se cancelam.
Passo 3: logo, o \( \text{BF}_3 \) é apolar.
Exemplo 4. Qual é a geometria do \( \text{CH}_4 \)?
Passo 1: o carbono tem 4 ligações e nenhum par livre.
Passo 2: são 4 domínios, com arranjo tetraédrico.
Passo 3: a geometria é tetraédrica, com ângulo de \( 109,5^\circ \).
Mapa mental
- Geometria molecular
- VSEPR: pares de elétrons se repelem e ficam o mais longe possível
- Contar domínios: ligações contam como 1 cada, pares livres contam como 1 cada
- 2 domínios: linear, \( 180^\circ \), ex. \( \text{CO}_2 \)
- 3 domínios: trigonal plana, \( 120^\circ \), ex. \( \text{BF}_3 \); angular com 1 par livre, ex. \( \text{SO}_2 \)
- 4 domínios: tetraédrica, \( 109,5^\circ \), ex. \( \text{CH}_4 \); piramidal com 1 par livre, ex. \( \text{NH}_3 \); angular com 2 pares livres, ex. \( \text{H}_2\text{O} \)
- Par livre empurra mais que par ligante e diminui o ângulo
- Forma decide a polaridade: simétrica tende a apolar, assimétrica tende a polar
SAQ — Perguntas e respostas curtas
1. O que determina a geometria molecular? O número de domínios de elétrons ao redor do átomo central e a repulsão entre eles, segundo a teoria VSEPR.
2. Qual é a geometria do \( \text{CO}_2 \)? Linear, com ângulo de \( 180^\circ \), porque o carbono tem 2 domínios e nenhum par livre.
3. Por que a água é angular? Porque o oxigênio tem 2 ligações e 2 pares livres, e os pares livres empurram as ligações, fechando o ângulo para cerca de \( 104,5^\circ \).
4. Qual é a geometria da amônia? Piramidal, com ângulo de cerca de \( 107^\circ \), porque o nitrogênio tem 3 ligações e 1 par livre.
5. O que é um domínio de elétrons? Uma região com elétrons ao redor do átomo central: cada ligação, simples, dupla ou tripla, vale 1 domínio, e cada par livre vale 1 domínio.
6. Por que o par livre diminui o ângulo de ligação? Porque ele ocupa mais espaço e repele os pares ligantes com mais força, apertando o ângulo entre as ligações.
7. Qual é a geometria do metano? Tetraédrica, com ângulo de \( 109,5^\circ \), porque o carbono tem 4 ligações e nenhum par livre.
8. Como a geometria influencia a polaridade? Em moléculas simétricas, os vetores dipolares se cancelam e a molécula é apolar; em moléculas assimétricas, eles não se cancelam e a molécula é polar.
Questões comentadas
Questão 1. A molécula de água apresenta geometria angular porque:
a) o oxigênio tem 4 ligações.
b) o oxigênio tem 2 ligações e 2 pares livres, que repelem as ligações.
c) a molécula é linear.
d) o hidrogênio tem par livre.
e) a água é apolar.
Gabarito: B. São os 2 pares livres do oxigênio que empurram as ligações e fecham o ângulo para cerca de \( 104,5^\circ \).
Questão 2. O dióxido de carbono, \( \text{CO}_2 \), é apolar porque:
a) suas ligações são apolares.
b) é linear e os vetores dipolares das ligações se cancelam.
c) é angular.
d) o carbono tem par livre.
e) é uma molécula pequena.
Gabarito: B. As ligações C=O são polares, mas a geometria linear faz os vetores se cancelarem.
Questão 3. A amônia, \( \text{NH}_3 \), tem geometria:
a) tetraédrica.
b) linear.
c) trigonal plana.
d) piramidal.
e) angular.
Gabarito: D. O nitrogênio tem 3 ligações e 1 par livre, ou seja, 4 domínios com geometria piramidal.
Questão 4. O metano, \( \text{CH}_4 \), apresenta ângulo de ligação de aproximadamente:
a) \( 90^\circ \).
b) \( 104,5^\circ \).
c) \( 107^\circ \).
d) \( 109,5^\circ \).
e) \( 120^\circ \).
Gabarito: D. Com 4 ligações e nenhum par livre, o metano é tetraédrico, com ângulo de \( 109,5^\circ \).
Questão 5. O trifluoreto de boro, \( \text{BF}_3 \), tem geometria:
a) linear.
b) piramidal.
c) trigonal plana.
d) tetraédrica.
e) angular.
Gabarito: C. O boro tem 3 ligações e nenhum par livre, formando um triângulo plano com ângulo de \( 120^\circ \).
Questão 6. Em relação à teoria VSEPR, é correto afirmar que:
a) os pares de elétrons se atraem.
b) ligações duplas contam como 2 domínios.
c) os domínios de elétrons ficam o mais longe possível uns dos outros.
d) pares livres não afetam a geometria.
e) o ângulo da água é \( 109,5^\circ \).
Gabarito: C. A repulsão entre os domínios é o que define a geometria; ligação dupla conta como 1 domínio, e o ângulo da água é cerca de \( 104,5^\circ \).
Dica do professor
Para acertar a geometria, não decore molécula por molécula: conte os domínios do átomo central. Ligações mais pares livres dão o arranjo, e tirar os pares livres da figura dá a geometria. Esse método funciona para qualquer molécula da prova.
Atenção / cuidado
- Não confunda arranjo dos elétrons com geometria molecular: o arranjo conta os pares livres, a geometria conta só os átomos.
- Ligação dupla ou tripla conta como apenas 1 domínio na VSEPR.
- Angular pode vir de 3 domínios com 1 par livre ou de 4 domínios com 2 pares livres — os ângulos são diferentes.
- Não diga que a água é tetraédrica: seu arranjo é tetraédrico, mas sua geometria é angular.
Conexão com outras áreas
Física: vetores e resultante de forças, como no cancelamento dos dipolos. Biologia: forma das moléculas de água, proteínas e DNA. Matemática: ângulos e geometria espacial. Veja também ligações químicas e Química para continuar.
Para continuar estudando, revise os conteúdos de ENEM e de vestibular e explore a Química na sala de estudo.
Incidência: ♨️ Morno — cai com frequência no ENEM e nos vestibulares. Matéria: Química 1 | Subdisciplina: Ligações Químicas | Tema: Geometria molecular.
