Si un electrón de dos elementos diferentes tiene la misma carga, lógicamente debería causar repulsión, pero no funciona durante una reacción química. ¿Por qué?

Tiene que ver con la energía. No es particularmente diferente entre pares de electrones en un orbital molecular a pares de electrones en orbitales atómicos.

Tiene toda la razón en que hay repulsión entre los electrones, pero eso se ve contrarrestado por la atracción al núcleo cargado positivamente (o núcleos en una molécula). La razón por la que los dos electrones están preparados para compartir un orbital donde están relativamente cerca es porque la reducción de energía en la ubicación cerca del núcleo es mayor que la ganancia de energía que obtendrían al estar más separados.

Debido a las leyes únicas de la mecánica cuántica, los niveles de energía son discretos y típicamente con electrones emparejados dentro de un orbital. Los pares funcionan debido a la naturaleza ondulatoria de las partículas a muy pequeña escala y al hecho de que las dos ondas estacionarias están desfasadas entre sí y la nube de electrones es más difusa que la distancia al núcleo.

Para los enlaces moleculares covalentes, los electrones se unirán porque existe una ventaja energética al proteger el par de núcleos hasta el punto en que se excede la energía de disociación del enlace.

Imagen cortesía de Molecules Properties of Bonded Atoms

La interferencia constructiva de las ondas hace que el electrón aparezca justo entre los dos átomos. Según la mecánica cuántica, los electrones tienen una naturaleza de onda Y una naturaleza de partículas. Cuando está confinado en un volumen pequeño como ese, la naturaleza de las olas gana.

La onda de electrones no apareados en un átomo interfiere constructivamente con la onda de electrones no apareados entre los dos átomos, e interfiere destructivamente en los lados opuestos a cada átomo. La distribución de probabilidad del electrón es, por lo tanto, mayor entre átomos. Este es un enlace químico.

Los enlaces químicos no son un efecto newtoniano. Necesitas mecánica cuántica para explicar cómo se forman los enlaces químicos.

Es útil mirar un diagrama de un experimento de dos rendijas para la luz. ¿Ves cómo la banda de luz más brillante aparece exactamente entre las dos rendijas? Esto se debe a la interferencia constructiva, no a la atracción electrostática de dos fotones entre sí.

Los fotones no están cargados, por lo que no pueden atraerse ni repelerse entre sí. Sin embargo, hay bandas brillantes y oscuras en un patrón de difracción. Los fotones se concentran en las bandas brillantes y se mantienen fuera de las bandas oscuras. Esto es causado por la interferencia de las olas, no por las fuerzas mecánicas.

Las cargas negativas de los electrones son neutralizadas por las cargas positivas en el átomo a menos que sean iones. En las reacciones que involucran iones, los iones positivos y negativos se combinan y es simplemente electrostático. Entre las moléculas neutras, los enlaces se rompen debido a la energía suministrada por la colisión. El solvente puede hacer ‘solvolisis’ rompiendo así los enlaces. La calefacción también suministra energía. Recuerde, no se trata solo de la reacción de los electrones. Las moléculas en su conjunto reaccionan.