La geometría molecular es un término que describe la forma tridimensional de una molécula, dado el número de pares solitarios y átomos enlazados que rodean un átomo central. Cualquier par solitario (pares de electrones no enlazados) se utiliza para determinar la geometría del par de electrones y debe considerarse en la forma de la molécula debido a su acción repulsiva sobre los pares de electrones enlazados. Esta repulsión entre electrones es lo que afecta los ángulos entre los átomos enlazados y los pares solitarios que rodean al átomo central. Estos ángulos, en lugar del número de átomos unidos al átomo central, definen la geometría molecular de las moléculas unidas covalentemente. Los gráficos que comparan la geometría de pares de electrones y la geometría molecular se utilizan comúnmente para mostrar los efectos de los pares solitarios en la forma de la molécula, ya que las moléculas sin pares solitarios tienen la misma geometría molecular y de pares de electrones.
Se utiliza una teoría simple de cómo se comportan los electrones al predecir la forma de una molécula. La teoría de la repulsión del par de electrones de la capa de valencia (VSEPR) establece que los pares de electrones de valencia unidos y solitarios se posicionarán lo más lejos posible entre sí. Utilizando esta teoría, se puede determinar con precisión la forma geométrica de compuestos moleculares simples. Se necesitan otros métodos, como la cristalografía de rayos X, para describir la forma de moléculas orgánicas complejas, incluido el material genético y las proteínas.
La molécula más simple tiene un átomo central con dos átomos adicionales unidos a ella. De acuerdo con la teoría VSEPR, los dos átomos enlazados se posicionarán lo más lejos posible uno del otro, lo que dará como resultado una forma molecular lineal. Los ángulos entre los enlaces son de 180 grados. Las moléculas unidas covalentemente con tres átomos que rodean un átomo central y ningún par solitario tienen una forma trigonal plana. Esta molécula tiene ángulos de 120 grados entre los tres átomos unidos y se encuentra plana en un solo plano.
Para colocar cada átomo enlazado lo más alejado posible, una molécula con cuatro átomos rodeando un átomo central y sin pares solitarios tiene una forma tetraédrica. Cada ángulo de enlace es de 109.5 grados, formando un tetraedro con el átomo central en el interior. De la misma manera, con cada átomo adicional enlazado al átomo central, la forma cambia a medida que los átomos enlazados se alejan unos de otros. Con la presencia de pares solitarios, la geometría molecular del átomo cambia, ya que el par solitario también ejerce repulsión. Una molécula con tres átomos y un par solitario rodeando un átomo central tendrá una forma piramidal trigonal, con el átomo central en la parte superior de la pirámide y los tres átomos unidos empujados por el par solitario a una posición debajo del átomo central.