La regla de los 18 electrones es una regla general química utilizada principalmente para predecir y racionalizar fórmulas para complejos de metales de transición estables , especialmente compuestos organometálicos . [1] La regla se basa en el hecho de que los orbitales de valencia de los metales de transición constan de cinco orbitales d , un orbital s y tres orbitales p que pueden acomodar colectivamente 18 electrones como pares de electrones enlazantes o no enlazantes. Esto significa que la combinación de estos nueve orbitales atómicos con ligandos orbitales crea nueveorbitales moleculares que son enlaces metal-ligando o no enlaces. Cuando un complejo metálico tiene 18 electrones de valencia, se dice que ha alcanzado la misma configuración electrónica que el gas noble en el período. La regla no es útil para los complejos de metales que no son metales de transición, y los complejos de metales de transición interesantes o útiles violarán la regla debido a las consecuencias que la desviación de la regla tiene sobre la reactividad. La regla fue propuesta por primera vez por el químico estadounidense Irving Langmuir en 1921. [1] [2]
La regla predice de manera útil las fórmulas para los complejos de espín bajo de las tríadas Cr, Mn, Fe y Co. Los ejemplos bien conocidos incluyen ferroceno , pentacarbonilo de hierro , carbonilo de cromo y carbonilo de níquel .
Los ligandos en un complejo determinan la aplicabilidad de la regla de los 18 electrones. En general, los complejos que obedecen la regla están compuestos al menos en parte por ligandos aceptores π (también conocidos como ácidos π). Este tipo de ligando ejerce un campo de ligando muy fuerte , lo que reduce las energías de los orbitales moleculares resultantes para que se ocupen favorablemente. Los ligandos típicos incluyen olefinas , fosfinas y CO . Los complejos de ácidos π suelen presentar metales en un estado de baja oxidación. La relación entre el estado de oxidación y la naturaleza de los ligandos se racionaliza en el marco del backbonding π .
Los compuestos que obedecen la regla de los 18 electrones son típicamente "intercambiables". Los ejemplos incluyen [Co(NH 3 ) 6 ]Cl 3 , Mo(CO) 6 y [Fe(CN) 6 ] 4− . En tales casos, en general, el intercambio de ligandos se produce a través de mecanismos de sustitución disociativos , en los que la velocidad de reacción está determinada por la velocidad de disociación de un ligando. Por otro lado, los compuestos de 18 electrones pueden ser muy reactivos con los electrófilos, como los protones, y tales reacciones tienen un mecanismo asociativo, siendo reacciones ácido-base.
Los complejos con menos de 18 electrones de valencia tienden a mostrar una mayor reactividad. Por lo tanto, la regla de los 18 electrones es a menudo una receta para la no reactividad, ya sea en un sentido estequiométrico o catalítico .
Los hallazgos computacionales sugieren que los orbitales p de valencia en el metal participan en el enlace metal-ligando, aunque débilmente. [3] Sin embargo, Weinhold y Landis dentro del contexto de los orbitales de enlace natural no cuentan los orbitales p metálicos en el enlace metal-ligando, [4] aunque estos orbitales todavía se incluyen como funciones de polarización . Esto da como resultado una regla de duodecteto (12 electrones) para cinco orbitales d y un orbital s solamente.