Efecto del par inerte
En los elementos más pesados del grupo 13 la tabla periódica, cuyos electrones de valencia son ns2 np1, se puede observar que es necesaria una gran cantidad de energía para promocionar electrones del nivel ns hacia el np. Este fenómeno se denomina efecto del par inerte y se observa sobre todo en el caso del Talio. Es uno de los efectos que resulta de la aplicación de la teoría de la relatividad al modelo cuántico de órbitas de enlace.
El ejemplo clásico de este efecto, como ya dijimos, lo tenemos en el Talio (Tl). Los electrones de valencia en este elemento son 6s2 6p1. Dado que el orbital 6s está contraído y por lo tanto más cerca del núcleo y más alejado del orbital 6p que en el modelo cuántico clásico, los electrones en dicho orbital están muy estabilizados y son reacios tanto a promocionarse al orbital 6p como a formar enlaces. Se necesitaría mucha energía, más exactamente 4848 kJ por mol de Talio para quitar los electrones 6s de su orbital. Es por eso que en la mayoría de los compuestos donde encontramos Talio, su estado de oxidación en I, participando en los enlaces sólo el electrón 6p. Se han observado algunos compuestos con Talio en estado de oxidación III, pero son poco frecuentes.
El efecto del par inerte lo podemos observar sobre todo en elementos más pesados del bloque p, desde el Talio hasta el Radón. Los efectos relativísticos y de apantallamiento son los responsables de que en todos los elementos del período 6 (talio, plomo, polonio) tengan mayor energía de ionización que los elementos del período 5, y sus electrones 6s tengan poca probabilidad de participar en enlaces químicos.
En el mercurio, elemento que precede al Talio en la tabla periódica, también existe una gran contracción del orbital 6s, y sus electrones de valencia 5d10 y 6s2 son muy estables, por eso no se oxida fácilmente.
El efecto del par inerte también se puede observar en elementos del grupo 14 y siguientes, como plomo y bismuto y estaño.
En los electrones del orbital 5s, observamos un efecto similar al del par inerte del orbital 6s, pero menos marcado.
Analicemos el ejemplo del plomo. Los electrones de valencia de este elemento son 6s2, 6p2. El estado de oxidación más frecuente en el plomo es 2, a diferencia de los elementos químicos más livianos de su grupo, donde el estado de oxidación más frecuente es 4. Se observa una gran tendencia del plomo IV a reaccionar para convertirse en plomo II. Por ejemplo el cloruro de plomo IV, se descompone espontáneamente a temperatura ambiente para dar cloruro de plomo II y gas cloro.
El óxido de plomo IV también se descompone, si le aportamos calor, hacia óxido de plomo II y oxígeno.
La explicación para que el estado de oxidación más estable del plomo sea II es el efecto del par inerte, donde los electrones del orbital 6s están más cerca del núcleo de lo que se podría suponer por la teoría cuántica, y tienen poca probabilidad de participar en enlaces.