Electrons de valència

Trobar els electrons de valència en els elements dels grups principals

Per al sodi, [Ne]3s¹ deixa un electró a la capa n=3: té un electró de valència. El clor, [Ne]3s²3p⁵, en té set. Als grups principals, el patró ns i np explica per què els elements d’un mateix grup repeteixen una química semblant.

Per als grups 1, 2 i 13–18, el nombre típic d’electrons de valència és 1, 2 i després 3–8. L’heli és l’excepció pedagògica important: 1s² és una capa completa amb només dos electrons.

Explorador de grups

Símbols de Lewis i enllaç

Un símbol de Lewis mostra el símbol químic envoltat pels electrons de valència. No dibuixa els electrons interns. Els punts fan visible quants electrons poden quedar desaparellats, formar parells solitaris o participar en enllaços.

El carboni té quatre electrons de valència, l’oxigen sis i el clor set. Aquest recompte ajuda a entendre patrons d’enllaç habituals, però no és una llei mecànica: espècies hipervalents, radicals i estructures deficients en electrons exigeixen una anàlisi més completa.

Ions, estats d’oxidació i metalls de transició

Els metalls alcalins tendeixen a perdre l’electró ns i formar +1; els alcalinoterris sovint perden dos electrons; els halògens poden guanyar-ne un per completar ns²np⁶. Aquests patrons connecten configuració iònica i posició al sistema periòdic.

Per als metalls de transició, ‘electrons de la capa amb n més alt’ és massa restrictiu. El ferro té [Ar]3d⁶4s²: els electrons 4s i 3d són prou propers en energia perquè tots dos puguin intervenir en l’ionització, els estats d’oxidació, el magnetisme i la coordinació.

Conseqüències químiques de l’estructura de valència

Electrons de valència, càrrega formal i estructures de Lewis

El recompte total de valència és el punt de partida d’una estructura de Lewis. CO₂ té 4 + 2×6 = 16 electrons de valència. La càrrega formal reparteix després aquests electrons segons una regla comptable dins d’una estructura concreta; no és el mateix que l’estat d’oxidació ni que una càrrega parcial mesurada.

Els electrons interns no són químicament irrellevants en tots els contextos

En la química elemental, els electrons interns rarament formen enllaços. Però influeixen en l’apantallament, les energies orbitals, l’espectroscòpia de fotoelectrons i, per a elements pesants, en efectes relativistes. ‘Intern’ vol dir menys disponible per a l’enllaç, no inexistent.

València en elements de transició i de transició interna

Als metalls de transició, ns i (n−1)d poden tenir energies semblants. Als lantànids i actínids, orbitals f també poden influir en la química, encara que sovint estan més interns. Per això un únic recompte universal de valència és menys útil fora dels grups principals.

El recompte de valència prediu famílies, no tots els estats d’oxidació

Set electrons de valència expliquen la forta tendència dels halògens a l’estat −1, però elements com el clor també poden tenir estats d’oxidació positius quan estan units a àtoms més electronegatius. El carboni, amb quatre electrons de valència, apareix des de −4 fins a +4 en diferents compostos.

Electrons de valència en espectroscòpia

Els electrons de valència solen tenir energies d’enllaç menors que els electrons interns. L’espectroscòpia fotoelectrònica pot separar regions de valència i de nucli, i les transicions òptiques sovint impliquen els estats de valència que també controlen la reactivitat química.

Exercicis

Sofre

Quants electrons de valència té S amb configuració [Ne]3s²3p⁴?

Alumini

Al té [Ne]3s²3p¹. Quin ió simple és coherent amb la pèrdua dels electrons de valència?

Ferro

Per què no és suficient dir que Fe té només dos electrons de valència perquè la capa 4s conté dos electrons?