O que são elétrons de valência e como encontrá-los?

O que são elétrons de valência

Os elétrons de um átomo estão organizados em camadas ao redor do núcleo. Os elétrons das camadas internas, chamados elétrons do cerne, são mantidos com firmeza e raramente participam das reações. Os elétrons da camada mais externa estão mais longe do núcleo, são menos presos e os primeiros a interagir com outros átomos. Esses são os elétrons de valência.

O sódio tem 11 elétrons distribuídos como 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹. Os dez primeiros formam um cerne estável com a mesma distribuição do neônio, e o único elétron 3s é o único elétron de valência do sódio. Quase toda a química do sódio vem desse único elétron.

Como encontrar os elétrons de valência pelo número do grupo

Para os elementos dos grupos principais, a tabela periódica dá a resposta diretamente. Os elementos dos grupos 1 e 2 têm 1 e 2 elétrons de valência. Para os grupos 13 a 18, subtraia 10 do número do grupo: o grupo 13 tem 3, o grupo 14 tem 4, o grupo 15 tem 5, o grupo 16 tem 6, o grupo 17 tem 7 e o grupo 18 tem 8.

Assim, o carbono (grupo 14) tem 4 elétrons de valência, o nitrogênio (grupo 15) tem 5, o oxigênio (grupo 16) tem 6 e o neônio (grupo 18) tem 8. O hélio é a exceção no grupo 18: ele tem apenas 2 elétrons de valência, que preenchem completamente sua primeira camada.

Como encontrá-los pela configuração eletrônica

Se você conhece a configuração eletrônica, conte os elétrons da camada de maior número. Para os elementos dos grupos principais, são os elétrons s e p externos.

O oxigênio é 1s² 2s² 2p⁴. Sua camada mais alta é a 2, que contém 2 + 4 = 6 elétrons, então o oxigênio tem 6 elétrons de valência. O bromo é [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵. Sua camada mais alta é a 4, que contém 2 + 5 = 7 elétrons. A subcamada 3d completa pertence a uma camada interna e não é contada, então o bromo tem 7 elétrons de valência, como todos os outros halogênios.

Elétrons de valência e íons

Os átomos tendem a ganhar, perder ou compartilhar elétrons até alcançar uma distribuição estável, geralmente de oito elétrons externos (um octeto), como a de um gás nobre. Átomos muito pequenos, como o hidrogênio e o lítio, buscam os dois elétrons do hélio.

Elementos com poucos elétrons de valência os perdem e formam íons positivos, e elementos com muitos elétrons de valência ganham elétrons e formam íons negativos. Os metais do grupo 1 formam íons +1 (Na⁺), os metais do grupo 2 formam íons +2 (Mg²⁺) e o alumínio, do grupo 13, forma íons +3 (Al³⁺). Do outro lado, o nitrogênio e o fósforo, do grupo 15, formam íons −3 (N³⁻, P³⁻), o oxigênio e o enxofre, do grupo 16, formam íons −2 (O²⁻, S²⁻) e os halogênios, do grupo 17, formam íons −1 (Cl⁻). Os gases nobres já têm a camada externa completa, então sua carga é 0. O carbono e o silício, do grupo 14, geralmente compartilham seus 4 elétrons de valência em ligações covalentes em vez de formar íons simples.

Elétrons de valência e ligações

Os elétrons de valência também explicam as ligações covalentes. O carbono tem 4 elétrons de valência e precisa de mais 4 para completar um octeto, então geralmente forma 4 ligações, como no metano (CH₄). O nitrogênio, com 5, forma 3 ligações na amônia (NH₃), e o oxigênio, com 6, forma 2 ligações na água (H₂O).

As estruturas de pontos de Lewis mostram os elétrons de valência como pontos ao redor do símbolo de um elemento. O oxigênio é desenhado com 6 pontos e o cloro com 7, o que facilita ver quantos elétrons cada átomo ainda precisa.

Metais de transição: um caso especial

Para os metais de transição, a regra é menos simples, porque os elétrons da subcamada d logo abaixo da camada externa também podem participar das ligações. Neste site, o número de elétrons de valência mostrado para um metal de transição é o número de elétrons de sua subcamada s externa. O ferro, [Ar] 3d⁶ 4s², aparece com 2 elétrons de valência.

Lembre-se de que os elétrons d também fazem ligações. O ferro comumente forma tanto Fe²⁺ quanto Fe³⁺: ele perde primeiro seus dois elétrons 4s e depois um elétron 3d para se tornar Fe³⁺. É por isso que muitos metais de transição têm mais de uma carga comum.