Vale, ya sé que se trata de llenar los orbitales del átomo, y lo entiendo. Lo que no entiendo es por qué. Por ejemplo, un átomo de oxígeno tiene 8 protones y 8 electrones girando a su alrededor. El oxígeno quiere tener 8 electrones de valencia por lo que toma 2 electrones de otros elementos cuando se enlaza. Pero, como el oxígeno tiene 8 protones y ahora tiene 10 electrones a su alrededor, tiene una carga de -2. No entiendo cómo tener una carga es más estable que no tener ninguna carga, ¿no debería ser la versión más estable de un elemento su estado neutro? ¿Por qué los átomos quieren parecerse al siguiente gas noble?
Respuestas
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Le das demasiada importancia a las estructuras de Lewis. La regla de los 8 electrones y las estructuras de Lewis que se derivan de ella no son más que pautas aproximadas para elaborar la estructura electrónica de un compuesto a grandes rasgos. A menudo, estas líneas generales son lo suficientemente precisas como para hacer algunas afirmaciones significativas sobre las propiedades moleculares, pero no describen con exactitud la verdadera distribución de electrones o cargas en un compuesto. Por ejemplo, el agua. Como usted dice, la regla de los 8 electrones predeciría que los átomos de hidrógeno transfieren un electrón cada uno a la molécula de oxígeno, que tendría una carga de -2. Pero los experimentos muestran un resultado diferente: aquí puede encontrar un documento que determinó
que una carga de aproximadamente $0.5 e$ se transfiere desde cada átomo de hidrógeno al oxígeno
lo que equivaldría a una carga parcial de $-1 e$ sobre el oxígeno y aquí puede encontrar una reclamación similar:
La distribución de la carga depende significativamente de la geometría atómica y del método para su cálculo, pero es probable que sea de aproximadamente $-0.7e$ en el átomo O (con la carga positiva igual pero opuesta dividida por igual entre los átomos H) para la molécula aislada.
Y al no haber un $-2e$ carga en el oxígeno es bastante comprensible si se observan las afinidades electrónicas del oxígeno (por ejemplo aquí ): Se ve que la primera afinidad de los electrones es $-142 \, \mathrm{kJ}/\mathrm{mol}^{-1}$ y, por tanto, se gana energía en el proceso de transferencia de un electrón libre a un átomo de oxígeno neutro. Pero la segunda afinidad del electrón es $+844 \, \mathrm{kJ}/\mathrm{mol}^{-1}$ por lo que otra transferencia de electrones es muy costosa. La situación bastante extrema de un oxígeno con carga -2 descrita por la regla de los 8 electrones se encuentra muy raramente en los compuestos reales. Incluso en compuestos iónicos como $\ce{NaCl}$ el electrón no se transfiere al 100% del elemento electropositivo al electronegativo.
Doug T.
Puntos
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No es un problema de carga, sino de simetría. Los estados cuánticos de esos orbitales de valencia son estables, en el sentido de que hay poca interacción con los otros electrones. Dado que ya hay orbitales llenos, los electrones querrán unirse para completar la cáscara porque como sucede la energía de unión extra está disponible. Con una cáscara completa se produce la máxima unión.
