A Regra dos 18 Elétrons

A regra dos 18 elétrons prevê que complexos organometálicos estáveis de metais de transição tendem a preencher sua camada de valência com dezoito elétrons, fornecendo um guia rápido para a estequiometria e a reatividade.

Definition

A regra dos 18 elétrons é a generalização empírica de que complexos de metais de transição termodinamicamente estáveis, especialmente organometálicos de baixa valência, tendem a possuir dezoito elétrons de valência, correspondendo a orbitais de valência s, p e d preenchidos.

Scope

Este tópico aborda a contagem de elétrons em complexos organometálicos e a regra dos 18 elétrons: as duas convenções comuns de contagem (iônica e neutra/covalente), as contagens de doadores de ligantes comuns, a justificativa para dezoito elétrons em termos de preenchimento dos nove orbitais de valência e as exceções sistemáticas, incluindo complexos d8 quadrado-planares de 16 elétrons e espécies de metais de transição iniciais. Não abrange a justificativa detalhada de orbitais moleculares, que é tratada sob simetria e ligação.

Core questions

• Por que o preenchimento da camada de valência do metal com dezoito elétrons confere estabilidade?
• Como os elétrons são contados sob as convenções iônica e neutra?
• Quantos elétrons os ligantes comuns contribuem?
• Quando e por que a regra dos 18 elétrons falha?

Key concepts

• Contagem de elétrons de valência
• Convenção de contagem iônica
• Convenção de contagem neutra (covalente)
• Números de doadores de ligantes
• Complexos quadrado-planares de 16 elétrons
• Insaturação coordenativa

Key theories

Preenchimento da camada de valência e a contagem de dezoito elétrons

Um metal de transição possui nove orbitais de valência (um s, três p, cinco d); preenchê-los com dezoito elétrons resulta em uma configuração de camada fechada, semelhante a um gás nobre, que frequentemente corresponde à estabilidade máxima para complexos de baixa valência.

Convenções de contagem de elétrons

Dois esquemas de contabilidade equivalentes — o método iônico, que atribui cargas aos ligantes, e o método neutro/covalente, que conta os elétrons do ligante como doados — fornecem o mesmo total e permitem que os químicos determinem a contagem de elétrons de qualquer complexo.

Complexos de dezesseis elétrons e exceções

Complexos d8 quadrado-planares, como os de platina(II) e paládio(II), favorecem dezesseis elétrons, e muitos complexos de metais de transição iniciais e volumosos ficam aquém de dezoito, de modo que a regra é uma diretriz cujas violações são, por si só, informativas.

Clinical relevance

A contagem de elétrons e a regra dos 18 elétrons são ferramentas cotidianas para prever quais complexos organometálicos são estáveis ou reativos, guiando o design de catalisadores e a interpretação de intermediários de reação.

History

A ideia de que os complexos atingem uma contagem de elétrons de gás nobre, a regra do número atômico efetivo, foi articulada por Langmuir e Sidgwick na década de 1920. À medida que a química organometálica amadureceu, a contagem foi reformulada como a regra dos 18 elétrons, e a revisão de Tolman de 1972 a ligou explicitamente aos intermediários de 16 e 18 elétrons da catálise homogênea.

Key figures

• Irving Langmuir
• Nevil Sidgwick
• Chadwick Tolman

Seminal works

• tolman1972
• crabtree2014
• weller2018

Frequently asked questions

Por que dezoito elétrons e não oito, como para átomos de grupo principal?

Metais de transição possuem cinco orbitais d, além de um orbital s e três orbitais p da camada de valência, totalizando nove orbitais; preencher todos os nove com pares de elétrons resulta em dezoito, o análogo metálico do octeto de grupo principal.

Quebrar a regra dos 18 elétrons significa que um complexo é instável?

Não necessariamente; muitos complexos estáveis, especialmente espécies d8 quadrado-planares e compostos de metais de transição iniciais, possuem menos de dezoito elétrons. A regra prevê uma tendência, e a insaturação coordenativa é frequentemente essencial para a reatividade catalítica.