Geometria molecular

Distribuição espacial dos átomos em uma molécula

Para entender o conceito básico da geometria molecular, podemos partir de uma analogia bastante simples, com algumas observações do mundo macroscópico. Sempre que tentamos agrupar aleatoriamente objetos materiais sólidos de determinado formato, notamos que há uma relação direta entre o formato do objeto e o formato final do agrupamento.

Assim, quando jogamos esferas em uma caixa, por exemplo, elas tendem a deslizar umas sobre as outras e assumir uma configuração final organizada, adequada ao formato da caixa.

Se na mesma caixa jogarmos palitos de fósforo, teremos no final um empilhamento caótico, possivelmente uma pirâmide deformada, sem contornos definidos. Com as moléculas acontece coisa semelhante, só que acrescida de um fator que falta às esferas e fósforos do exemplo.

Elétrons e zonas de repulsão

Quando dois ou mais átomos se unem para formar uma molécula, suas eletrosferas entram em contato e o formato de seus orbitais (esféricos ou elípticos) influenciará o formato final da ligação. Só que, neste caso, o formato não é o único fator de influência, já que, ao contrário de nossas esferas e fósforos, as eletrosferas são compostas de elétrons, partículas eletricamente carregadas.

Como os elétrons têm carga negativa, se repelem entre si. Esta repulsão eletrostática influencia de modo definitivo a geometria molecular, ou seja, o formato do agrupamento de átomos que constitui a molécula. Este fator de influência das cargas elétricas negativas dos elétrons na disposição geométrica da molécula é chamado de zonas de repulsão.

Uma zona de repulsão se cria em torno de uma ligação molecular, ou seja, nas vizinhanças dos elétrons compartilhados pelos átomos que formam a molécula.

O efeito das zonas de repulsão tende a formar três disposições geométricas básicas em um molécula apolar (aquela na qual os elétrons não se concentram em pólos): a linear, a triangular plana e a tetraédrica, conforme as três figuras a seguir:

Disposição geométrica linear. Os átomos se posicionam em linha.

Disposição geométrica triangular plana. Os átomos formam um triângulo eqüilátero.

Disposição geométrica tetraédrica. Formato de tetraedro (pirâmide triangular).

Para se determinar a disposição geométrica de uma molécula, basta seguir duas regras simples:

1) Escrever a fórmula estrutural;
2) Identificar o número de ligações atômicas, que é o mesmo número de zonas de repulsão;

Se a molécula tiver até duas zonas de repulsão, a geometria será linear. Se tiver três, será triangular plana e se tiver quatro será tetraédrica.

Vejamos alguns exemplos:

1) Molécula de Dióxido de Carbono (CO₂)

Fórmula estrutural:




Note que o átomo de carbono estabelece duas duplas ligações, uma dupla ligação com cada átomo de oxigênio. A molécula de CO₂ também pode ser representada conforme abaixo:




Se a molécula possui duas duplas ligações, possui também duas zonas de repulsão, que tendem a se afastar uma da outra, fazendo com que a molécula assuma a disposição geométrica linear, conforme a seguinte figura:

Representação esquemática da molécula de dióxido de carbono, que apresenta geometria linear.

2) Molécula de Trifluoreto de Boro (BF₃)

Fórmula estrutural:




Como vemos, o átomo de boro forma três ligações simples, uma com cada átomo de flúor. Assim temos três zonas de repulsão e a geometria molecular é triangular plana, conforme a figura:

Representação esquemática da geometria triangular plana do Trifluoreto de Boro (BF3)

3): Molécula de Metano (CH₄)

Fórmula estrutural:




O carbono estabelece quatro ligações simples, uma com cada átomo de hidrogênio, logo temos quatro zonas de repulsão e a geometria molecular é tetraédrica, conforme figura abaixo:

Representação esquemática da molécula de Metano, de geometria tetraédrica.

A geometria é uma ferramenta preciosa para entendermos o universo. Ela nos ajuda tanto a descrever a grandeza cósmica das órbitas planetárias quanto nos auxilia na visão do inimaginavelmente pequeno das formas das moléculas.

Ligações metálicas

É preciso haver uma ligação entre metais para produzir jóias de ouro.

Os metais são elementos químicos presentes na Tabela Periódica, apresentam propriedades únicas que se diferem das outras substâncias: ametais, gases, etc.

Se fosse possível visualizar a estrutura de um metal de forma bem nítida veríamos os retículos cristalinos presentes nos metais sólidos. Esses retículos são compostos de cátions envoltos por uma espessa camada de elétrons, como se sabe, os íons cátions apresentam carga + e os elétrons - .

Na composição atômica existe a camada de valência, e os elétrons se movimentam livremente por essa camada mantendo a atração eletromagnética pelos cátions. Essa propriedade permite a formação das moléculas de metais e conseqüentemente os próprios metais.

É justamente toda essa estrutura dos metais que lhe concede a capacidade de serem ótimos condutores de corrente elétrica. É importante ressaltar que os metais conduzem eletricidade estando no estado sólido ou líquido (metal fundido). Inclusive, existe um metal que se encontra no estado líquido na natureza, é o mercúrio, cujo símbolo atômico é Hg.

Quanto ao aspecto físico dos metais, o que se pode dizer é que, em geral, possuem um aspecto metálico (cinza brilhante). Os que fogem a esta regra são o Ouro (Au) e o Cobre (Cu), que apresentam cor dourada e avermelhada respectivamente.

Até agora falamos apenas dos metais no estado puro como: Ouro, Cobre, Mercúrio. Mas em nosso cotidiano usamos muito mais o que chamamos de ligações metálicas, mas o que exatamente é uma liga de metais? São materiais com propriedades metálicas que contêm em sua composição um outro elemento sem ser metal.

As ligas metálicas são preferenciais na fabricação de alguns objetos, por possuírem características que os metais puros não possuem, como por exemplo: a liga de ouro usada nas joalherias. A característica dessa liga é de aumentar a dureza do material, a liga de ouro é composta pela ligação entre ouro, prata e cobre.

Veja mais exemplos:

Amálgama dental: liga de mercúrio, prata e estanho, é usada nas obturações dentárias;

Bronze: liga de cobre e estanho, é aplicada na fabricação de sinos, estátuas e moedas;

Aço inoxidável: liga de carbono, ferro, cromo e níquel, através da ligação entre estes metais é possível fabricar utensílios de cozinha como talheres e ainda peças de carro. Esse material possui uma vantagem especial: não se enferruja.