La regola dei 18 elettroni è utilizzata per prevedere la stabilità di un atomo di metallo in un composto organometallico valutando se ha 18 elettroni di valenza. Secondo questa regola affinché un metallo di transizione sia stabile, deve avere 18 elettroni nel suo guscio di valenza e questi elettroni devono formare legami chimici
Il chimico statunitense Gilbert Newton Lewis nel 1916 formulò la regola dell’ottetto. Questa regola prevede che gli atomi aventi basso numero atomico si combinano tra loro o diventano ioni contornandosi, nel loro guscio di valenza. di otto elettroni assumendo la configurazione elettronica di un gas nobile diventando isoelettronici con essi.
In analogia con essa lo statunitense Irving Langmuir, Premio Nobel per la Chimica nel 1932, propose la regola dei 18 elettroni per spiegare la stabilità dei metalli di transizione e dei composti organometallici che formano. La chimica dei composti organometallici ha una lunga storia e molti scienziati, nel corso dei secoli hanno dato il loro contributo fino all’ottenimento di composti con le applicazioni più svariate.
Spiegazione
La legge si basa sul fatto che ci sono 2 elettroni nell’orbitale s, 6 in quello p e 10 elettroni d nel guscio di valenza degli elementi di transizione, per un totale di 18 elettroni che possono essere di legame o di non legame. Ciò corrisponde a nove orbitali molecolari che sono legame metallo-legante o di non legame quando questi nove orbitali atomici sono combinati con quelli del legante.
Per il computo degli elettroni ci si può avvalere del metodo ionico detto anche del numero di ossidazione o del metodo dell’atomo neutro. Quest’ultimo metodo è spesso preferito in quanto non è necessario assegnare il numero di ossidazione al metallo di transizione.
Si noti che un legame metallo-metallo contribuisce con un elettrone al numero totale di elettroni dell’atomo di metallo
Esempi
Il dimanganese decacarbonile ha formula Mn2(CO)2 e struttura:
Utilizzando il metodo dell’atomo neutro si tiene conto che il manganese ha configurazione elettronica [Ar] 3d54s2 e pertanto 5 + 2 = 7 elettroni nel guscio esterno. Poiché c’è un legame metallo-metallo si ha 7 + 1 = 8
Il gruppo carbonile come nei metallo carbonili contribuisce con 2 elettroni e poiché ve ne sono 5 legati a ciascun manganese gli elettroni sono pari a 5 · 2 = 10
Il numero complessivo è quindi 8 + 10 = 18
Un altro esempio, utilizzando il metodo del numero di ossidazione, è dato dal ferrocene, complesso organometallico in cui due anelli ciclopentadienilici sono legati da lati opposti allo ione Fe2+
Il ferro ha configurazione elettronica [Ar]3d64s2 e pertanto lo ione Fe2+ ha configurazione elettronica [Ar]3d6. La somma del numero di elettroni è pari quindi, tenendo conto della presenza di due anioni ciclopentadienilici a (6 · 2) + 6 = 18 elettroni.
Eccezioni
Analogamente alla regola dell’ottetto anche la regola dei 18 elettroni ha le sue eccezioni costituite, ad esempio, da complessi a 16 elettroni che adottano una struttura planare quadrata, come i complessi Rh (I), Ni (II), Pd (II) e Pt (II).
Un altro gruppo di composti che comunemente viola la regola sono quelli con leganti ingombranti che impediscono la partecipazione di tutti gli orbitali al legame ostacolando l’avvicinamento di altri leganti per il legame.