¿Si el cobre tiene 2 electrones de valencia y el azufre tiene 6, por qué no se unen en pares?

Question

Pregunta simple, ¿el átomo de cobre neutro promedio tiene 2 electrones de valencia, y el azufre 6. ¿No saltarían los dos electrones del cobre y se unirían al sulfuro?

La fórmula empírica es: $\ce{Cu + S -> Cu2S}$.

Entonces aparentemente dos átomos de cobre se unen con cada átomo de azufre. ¿Eso significa que los átomos de cobre dan cada uno un electrón y los dejan con 1 electrón de valencia cada uno?

Answer 1

el átomo de cobre neutro promedio tiene 2 electrones de valencia

No. Solo uno:

En los metales de transición, se está llenando la capa anterior. Generalmente, la capa de valencia no puede tener más de 8 electrones, pero las capas inferiores sí pueden. Entonces, tienes los dos electrones externos llenos en los Grupos 1 y 2, y el resto se llenan en la capa interna. Con el cobre, tenemos 17 electrones en la capa interna y 2 en la capa externa según esta regla. Pero a veces es más favorable que la capa interna esté "completa" con 18 electrones, dejando la capa externa con solo uno.

Esto se explica mucho mejor si entiendes qué son los orbitales atómicos. Piensa en ellos como "subcapas". En el cobre, tenemos dos posibles configuraciones de capas: 10 electrones en $3d$ y uno en $4s`, o 9 en$3d$y 2 en$4s`. Los números significan la capa y las letras significan el tipo de orbital. Hay $5$ orbitales d por capa (aunque no todas las capas tienen orbitales d) y 1 orbital s. Cada orbital contiene dos electrones. Aquí, tenemos el equilibrio entre tener un conjunto de orbitales $3d$ completamente lleno y tener un conjunto de orbitales $4s$ completamente lleno. Los conjuntos de orbitales completamente llenos conducen a la estabilidad. De todos modos, dado que ambas opciones conducen a un conjunto de orbitales completamente lleno, muchos otros factores externos deciden qué configuración electrónica usa el cobre. Así que tienes tanto $\ce{Cu^+}$ como $\ce{Cu^{2+}}$.

Como nota al margen, $\ce{CuS}$ también existe.

Answer 2

El simple concepto de valencia funciona bien para muchos compuestos no metálicos y los que contienen metales alcalinos, metales alcalinotérreos y algunos metales de tierra (grupos 1, 2 y parte del grupo 13). Está prácticamente destinado a fallar para la mayoría de los otros elementos, especialmente para los metales de transición.

Por un lado, ya no es el número de electrones de valencia (o ocho menos ese número) indicativo de la valencia del elemento. El cobre puede formar compuestos de cobre(I) (por ejemplo, $\ce{CuCl}$ o $\ce{Cu2S}$), compuestos de cobre(II) (por ejemplo, $\ce{CuCl2}$ o $\ce{CuS}$) y otros más raros. El manganeso, como un ejemplo extremo, se conoce en cada estado de oxidación desde $\pm0$ hasta $\mathrm{+VII}$ (y más allá).

Por otro lado, el concepto de electrones de valencia ya no está claramente definido. ¿Cuentas solo los electrones s de la capa más externa? ¿O también cuentas la subcapa d de la capa anterior? ¿Cuentas el estado fundamental real o uno teórico según el principio de aufbau? Dependiendo de tu elección de definición, el cobre tendrá uno, dos o once electrones de valencia.

Las situaciones de enlace y electrónicas son mucho más complejas de lo que el simple modelo de órbita planetaria mostrado por ManishEarth nos haría creer. Tanto el cobre(I) como el cobre(II) son estados estables pero son estables por diferentes razones. Entrar en estas razones sería demasiado para el margen de esta página.

Entonces, la imagen simple debería permanecer en los cursos introductorios donde hace un buen trabajo para las moléculas no metálicas y luego ser guardada cuidadosamente para la próxima clase de principiantes.