En química de coordinación, la regla de los 18 electrones es una aproximación usada principalmente en química de metales de transición para caracterizar y predecir la estabilidad de los complejos metálicos. La capa de valencia de un metal de transición puede acomodar 18 electrones: 2 en cada uno de los cinco orbitales d (10 en total); 2 en cada uno de los tres orbitales p (6 en total); y 2 en el orbital s. Desde luego, en la práctica, estos orbitales no pueden aceptar los electrones directamente, de ser el caso se encontrarían iones tales como Fe¹⁰⁻ y Pt⁸⁻. Sin embargo, la combinación de estos orbitales atómicos con los orbitales de los ligantes da origen a nueve orbitales moleculares que pueden ser enlazantes o no enlazantes metal-ligante (También hay algunos orbitales no enlazantes de mayor energía). El llenado completo de estos nueve orbitales de menor energía con electrones, sean electrones originados en el metal o de cualquiera de los ligantes, es la base de la regla de los 18 electrones. Cuando el metal tiene 18 electrones, ha alcanzado la misma configuración electrónica que el gas noble al final del período.

Aplicación de la regla de los 18 electrones

Muchos complejos metálicos no satisfacen la regla de los 18 electrones. Sin embargo, ésta es especialmente útil para complejos organometálicos de las tríadas del cromo, manganeso, hierro y cobalto, y se aplica a compuestos tales como el ferroceno, pentacarbonilhierro, hexacarbonilcromo y tetracarbonilníquel. En compuestos tales como los mencionados, los nueve orbitales moleculares enlazantes son todos bajos en energía. Dado que el poner electrones en ellos es un proceso favorable, y como cada orbital puede tener dos electrones, la máxima estabilidad se alcanza cuando hay un total de 18 electrones en estos orbitales - esto incluye tanto a los electrones que provienen del metal, como a aquéllos que le son donados desde los ligantes. Esta es la base de la regla de los 18 electrones. Esta estabilidad es tal que gran parte de la química de dichos elementos está guiada por la necesidad del metal de retener o alcanzar los 18 electrones.

Los ligantes en un complejo juegan un rol importante en determinar si obedece o no la regla de los 18 electrones. Generalmente, los complejos que obedecen la regla tienen ligantes que son ácidos π. Este tipo de ligante típicamente ejerce un campo ligante muy fuerte, lo que ocasiona que los orbitales moleculares resultantes sean de muy baja energía, y hace fácil que sean llenados. Tales ligantes típicamente incluyen a las olefinas, fosfinas y carbonilos. Los metales forman los mejores complejos con ácidos π cuando están en un estado de oxidación bajo (porque hay un buen traslape de los orbitales del metal y el ligante, y el metal puede retrodonar los electrones al ligante de un modo sinérgico), así que los complejos que obedecen la regla de los 18 electrones generalmente también tienen un bajo estado de oxidación.

Esto no significa que todos los complejos con un metal en estado de oxidación bajo y ligantes acídicos π tengan 18 electrones. Asimismo, tampoco quiere decir que si un metal presenta en un estado de oxidación alto o no tiene ligantes acídicos π no pueda tener 18 electrones.

Los compuestos que obedeecn la regla de los 18 electrones son típicamente "inertes al intercambio", tales como [Co (NH₃)₅Cl]²⁺ y [Fe (CN)₆]^4-.

Como la regla es esencialmente el resultado del llenado de los orbitales de valencia de un metal por electrones procedentes de los enlaces covalentes entre el metal y los ligantes, los metales que muestran una química principalmente iónica no la obedecen. Esto incluye a los elementos del bloque s, a los lantánidos y los actínidos. Sin embargo, puede ser comparada con la regla del octeto para el carbono, que también hace suficientes enlaces covalentes para llenar sus orbitales de valencia.

Referencias

• Langmuir, I. Types of Valence. Science 1921, 54, 59–67.
• Mitchell, P. R.; Parish, J. The Eighteen-Electrón Rule. J. Chem. Educ. 1969, 46, 811–814.
• Jensen, W. B. The origin of the 18-electrón rule. J. Chem. Educ. 2005, 82, 28.

Véase también

• Regla del octeto
• Teoría del campo de los ligantes