La géométrie moléculaire est un terme décrivant la forme tridimensionnelle d’une molécule, étant donné le nombre de paires isolées et d’atomes liés entourant un atome central. Toutes les paires isolées – les paires d’électrons non liées – sont utilisées pour déterminer la géométrie des paires d’électrons et doivent être considérées dans la forme de la molécule en raison de leur action répulsive sur les paires d’électrons liées. Cette répulsion entre les électrons est ce qui affecte les angles entre les atomes liés et les paires isolées entourant l’atome central. Ces angles, plutôt que le nombre d’atomes attachés à l’atome central, définissent la géométrie moléculaire des molécules liées par covalence. Les graphiques comparant la géométrie des paires d’électrons et la géométrie moléculaire sont couramment utilisés pour montrer les effets des paires isolées sur la forme de la molécule, car les molécules sans paires isolées ont la même géométrie moléculaire et celle des paires d’électrons.
Une théorie simple du comportement des électrons est utilisée pour prédire la forme d’une molécule. La théorie de Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) stipule que les paires d’électrons de valence liés et isolés se positionneront aussi loin que possible les uns des autres. En utilisant cette théorie, la forme géométrique de composés moléculaires simples peut être déterminée avec précision. D’autres méthodes, telles que la cristallographie aux rayons X, sont nécessaires pour décrire la forme de molécules organiques complexes, y compris le matériel génétique et les protéines.
La molécule la plus simple a un atome central avec deux atomes supplémentaires qui lui sont liés. Selon la théorie VSEPR, les deux atomes liés se positionneront aussi loin que possible l’un de l’autre, ce qui donnera une forme moléculaire linéaire. Les angles entre les liaisons sont de 180 degrés. Les molécules liées par covalence avec trois atomes entourant un atome central et aucune paire isolée n’ont une forme plane trigonale. Cette molécule a des angles de 120 degrés entre les trois atomes attachés et se trouve à plat dans un seul plan.
Afin de positionner chaque atome lié aussi loin que possible, une molécule avec quatre atomes entourant un atome central et aucune paire isolée a une forme tétraédrique. Chaque angle de liaison est de 109.5 degrés, formant un tétraèdre avec l’atome central à l’intérieur. De la même manière, avec chaque atome supplémentaire lié à l’atome central, la forme change à mesure que les atomes liés s’éloignent les uns des autres. Avec la présence de paires isolées, la géométrie moléculaire de l’atome change, car la paire isolée exerce également une répulsion. Une molécule avec trois atomes et une paire isolée entourant un atome central aura une forme pyramidale trigonale, avec l’atome central au sommet de la pyramide et les trois atomes attachés poussés par la paire isolée dans une position en dessous de l’atome central.