¿Qué son los electrones de valencia y cómo se hallan?

Qué son los electrones de valencia

Los electrones de un átomo están dispuestos en capas alrededor del núcleo. Los electrones de las capas internas, llamados electrones del núcleo atómico o electrones internos, están fuertemente retenidos y rara vez participan en las reacciones. Los electrones de la capa más externa están más lejos del núcleo, menos retenidos y son los primeros en interactuar con otros átomos. Estos son los electrones de valencia.

El sodio tiene 11 electrones distribuidos como 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Los diez primeros forman un núcleo estable con la misma disposición que el neón, y el único electrón 3s es el único electrón de valencia del sodio. Casi toda la química del sodio proviene de ese electrón.

Cómo hallar los electrones de valencia a partir del número de grupo

En los elementos de los grupos principales, la tabla periódica te da la respuesta directamente. Los elementos de los grupos 1 y 2 tienen 1 y 2 electrones de valencia. En los grupos 13 a 18, resta 10 al número de grupo: el grupo 13 tiene 3, el grupo 14 tiene 4, el grupo 15 tiene 5, el grupo 16 tiene 6, el grupo 17 tiene 7 y el grupo 18 tiene 8.

Así, el carbono (grupo 14) tiene 4 electrones de valencia, el nitrógeno (grupo 15) tiene 5, el oxígeno (grupo 16) tiene 6 y el neón (grupo 18) tiene 8. El helio es la excepción en el grupo 18: solo tiene 2 electrones de valencia, que llenan por completo su primera capa.

Cómo hallarlos a partir de la configuración electrónica

Si conoces la configuración electrónica, cuenta los electrones de la capa de número más alto. En los elementos de los grupos principales, son los electrones externos s y p.

El oxígeno es 1s² 2s² 2p⁴. Su capa más alta es la 2, que contiene 2 + 4 = 6 electrones, así que el oxígeno tiene 6 electrones de valencia. El bromo es [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵. Su capa más alta es la 4, que contiene 2 + 5 = 7 electrones. La subcapa 3d llena pertenece a una capa interna y no se cuenta, así que el bromo tiene 7 electrones de valencia, como todos los demás halógenos.

Electrones de valencia e iones

Los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta alcanzar una disposición estable, normalmente ocho electrones externos (un octeto) como un gas noble. Los átomos muy pequeños, como el hidrógeno y el litio, aspiran en cambio a los dos electrones del helio.

Los elementos con pocos electrones de valencia los pierden y forman iones positivos, y los elementos con muchos ganan electrones y forman iones negativos. Los metales del grupo 1 forman iones +1 (Na⁺), los metales del grupo 2 forman iones +2 (Mg²⁺) y el aluminio del grupo 13 forma iones +3 (Al³⁺). Por el otro lado, el nitrógeno y el fósforo del grupo 15 forman iones −3 (N³⁻, P³⁻), el oxígeno y el azufre del grupo 16 forman iones −2 (O²⁻, S²⁻) y los halógenos del grupo 17 forman iones −1 (Cl⁻). Los gases nobles ya tienen la capa externa llena, así que su carga es 0. El carbono y el silicio del grupo 14 suelen compartir sus 4 electrones de valencia en enlaces covalentes en lugar de formar iones simples.

Electrones de valencia y enlace

Los electrones de valencia también explican los enlaces covalentes. El carbono tiene 4 electrones de valencia y necesita 4 más para completar un octeto, así que normalmente forma 4 enlaces, como en el metano (CH₄). El nitrógeno, con 5, forma 3 enlaces en el amoníaco (NH₃), y el oxígeno, con 6, forma 2 enlaces en el agua (H₂O).

Las estructuras de puntos de Lewis muestran los electrones de valencia como puntos alrededor del símbolo de un elemento. El oxígeno se dibuja con 6 puntos y el cloro con 7, lo que facilita ver cuántos electrones necesita aún cada átomo.

Metales de transición: un caso especial

En los metales de transición la regla es menos sencilla, porque los electrones de la subcapa d situada justo debajo de la capa externa también pueden participar en el enlace. En este sitio, el número de electrones de valencia que se muestra para un metal de transición es el número de electrones de su subcapa s externa. El hierro, [Ar] 3d⁶ 4s², se muestra con 2 electrones de valencia.

Ten en cuenta que los electrones d también forman enlaces. El hierro forma comúnmente tanto Fe²⁺ como Fe³⁺: pierde primero sus dos electrones 4s y luego un electrón 3d para convertirse en Fe³⁺. Por eso muchos metales de transición tienen más de una carga común.