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Elettroni di Valenza

Come è stato menzionato in una sezione precedente di questo capitolo, gli elettroni sono molto importanti, perché un sottoinsieme specifico di elettroni, chiamato elettroni di valenza, è l’unico responsabile di determinare come gli elementi si legano tra loro. Il numero di elettroni di valenza presenti in un atomo può essere determinato dalla configurazione elettronica dell’atomo. Gli elettroni di valenza si trovano negli orbitali associati al più alto livello energetico occupato di un atomo. I rimanenti elettroni, che sono chiamati elettroni del guscio interno, non partecipano al legame e, quindi, non sono importanti da studiare.

Consideriamo la configurazione elettronica dello zolfo, che è stata determinata nella sezione precedente ed è replicata qui sotto.

1s22s22p63s23p4

Ricorda che i livelli di energia in una configurazione elettronica sono i numeri rossi principali che denotano l’inizio di una nuova combinazione livello energetico/orbitale. Lo zolfo ha elettroni nel primo, secondo e terzo livello energetico, come indicato dai numeri rossi iniziali 1, 2 e 3, rispettivamente. Gli elettroni di valenza sono quelli che si trovano nel più alto livello energetico occupato. Pertanto, in questo caso, devono essere considerati solo gli elettroni associati a un livello energetico/combinazione orbitale che inizia con un 3. Poiché due combinazioni di livello energetico/orbitale iniziano con un 3, entrambi gli orbitali sono selezionati per ulteriore considerazione:

3s23p4

Gli apici associati a questi orbitali ammontano a 6. Pertanto, lo zolfo ha 6 elettroni di valenza.

Esempio \(\PageIndex{1}\)

Determina quanti degli elettroni dell’azoto sono classificati come elettroni di valenza. La configurazione elettronica dell’azoto, che è stata determinata nella sezione precedente, è mostrata qui sotto.

1s22s22p3

Soluzione

L’azoto ha elettroni nel primo e nel secondo livello energetico, come indicato dagli 1 e dai 2 rossi, rispettivamente. Gli elettroni di valenza sono quelli che si trovano nel più alto livello energetico occupato. Pertanto, in questo caso, devono essere considerati solo gli elettroni associati a un livello energetico/combinazione orbitale che inizia con un 2. Poiché due combinazioni di livello energetico/orbitale iniziano con un 2, entrambi gli orbitali sono selezionati per ulteriori considerazioni:

2s22p3

Gli apici associati a questi orbitali sono in totale 5. Pertanto, l’azoto ha 5 elettroni di valenza.

Esercizio \(\PageIndex{1})

Determina quanti degli elettroni in ognuno dei seguenti elementi sono classificati come elettroni di valenza. La configurazione elettronica di ogni elemento, che è stata determinata nella sezione precedente, è mostrata qui sotto.

1. Neon

1s22s22p6

1. Calcio

1s22s22p63s23p64s2

Rispondi a Neon ha elettroni nel primo e secondo livello energetico, come indicato dai primi 1 e 2 rossi, rispettivamente. Gli elettroni di valenza sono quelli che si trovano nel più alto livello energetico occupato. Pertanto, in questo caso, devono essere considerati solo gli elettroni associati a un livello energetico/combinazione orbitale che inizia con un 2. Poiché due combinazioni di livello energetico/orbitale iniziano con un 2, entrambi gli orbitali sono selezionati per ulteriori considerazioni:

2s22p6

Gli apici associati a questi orbitali sono in totale 8. Pertanto, il neon ha 8 elettroni di valenza. Risposta b Il calcio ha elettroni nel primo, secondo, terzo e quarto livello energetico, come indicato dagli apici rossi 1, 2, 3 e 4, rispettivamente. Gli elettroni di valenza sono quelli che si trovano nel più alto livello energetico occupato. Pertanto, in questo caso, devono essere considerati solo gli elettroni associati a un livello energetico/combinazione di capitale che inizia con un 4. Poiché solo una combinazione di livello energetico/orbitale inizia con un 4, solo un orbitale è selezionato per ulteriori considerazioni:

4s2

L’apice associato a questo orbitale è un 2. Pertanto, il calcio ha 2 elettroni di valenza.

Mentre una configurazione elettronica rappresenta tutti gli elettroni presenti in un atomo di un elemento, i chimici sono veramente interessati solo agli elettroni di valenza di un atomo, poiché, come indicato sopra, questi sono gli elettroni che sono gli unici responsabili di determinare come gli elementi si legano tra loro. Pertanto, trovare una “scorciatoia” per determinare quanti elettroni di valenza sono presenti in un atomo sarebbe molto conveniente. Una tale “scorciatoia”, in effetti, esiste. In una sezione precedente di questo capitolo, sono stati presentati tre sistemi per etichettare i gruppi, o colonne, sulla tavola periodica. Il secondo sistema, chiamato “sistema A/B”, è stato indicato per dare un’idea del carattere elettronico degli elementi che si trovano in quel gruppo.

Si consideri ancora lo zolfo, S, che, in base alla sua configurazione elettronica, ha 6 elettroni di valenza.

Lo zolfo si trova nella 16a colonna della tavola periodica. Tuttavia, il “sistema A/B” è usato per etichettare gli elementi del gruppo principale. Il gruppo 16 è la sesta colonna del gruppo principale, o “blocco A”, delle colonne della tavola periodica e quindi è etichettato come gruppo 6A. Si noti che il numero di elettroni di valenza dello zolfo corrisponde al suo numero di gruppo nel “Sistema A/B”. Questa connessione si applica a quasi tutti gli elementi che si trovano nelle colonne dei gruppi principali della tavola periodica. L’elio è l’unica eccezione a questa regola, poiché si trova nel gruppo 8A, ma contiene solo due elettroni totali. Questa incongruenza invalida il metodo della “scorciatoia A/B”, e il metodo della configurazione degli elettroni deve essere impiegato per determinare che entrambi gli elettroni dell’elio sono elettroni di valenza.

Siccome il numero di gruppo del “sistema A/B” corrisponde al numero di elettroni di valenza che sono presenti in un atomo, tutti gli elementi che si trovano nella stessa colonna hanno lo stesso numero di elettroni di valenza. Poiché gli elettroni di valenza di un atomo sono gli unici responsabili della determinazione del modo in cui gli elementi si legano tra loro, questa comunanza di carattere elettronico spiega perché tutti gli elementi all’interno dello stesso gruppo hanno proprietà simili.

Esempio \(\PageIndex{2})

In base alla sua posizione sulla tavola periodica, determina quanti degli elettroni dell’azoto sono classificati come elettroni di valenza.

Soluzione

Il numero del gruppo “A/B System” indica il numero di elettroni di valenza che sono presenti in un atomo. L’azoto (N) si trova nella 15ª colonna della tavola periodica. Tuttavia, il “Sistema A/B” è usato per etichettare gli elementi del gruppo principale. Il gruppo 15 è la quinta colonna del gruppo principale, o “blocco A”, delle colonne della tavola periodica e quindi è etichettato come gruppo 5A. Pertanto, l’azoto ha 5 elettroni di valenza. (Questa risposta è coerente con la soluzione dell’Esempio \(\PageIndex{1}\).)

Esercizio \(\PageIndex{2}\)

In base alla tavola periodica, determina quanti degli elettroni in ciascuno dei seguenti elementi sono classificati come elettroni di valenza.

1. Neon
2. Calcio

Rispondi a Il numero del gruppo “Sistema A/B” indica il numero di elettroni di valenza che sono presenti in un atomo. Il neon (Ne) si trova nel gruppo 18, che è etichettato come gruppo 8A, usando il “Sistema A/B”. Pertanto, il neon ha 8 elettroni di valenza. (Questa risposta è coerente con la soluzione dell’esercizio \(\PageIndex{1}{a}). Risposta b Il calcio (Ca) si trova nel gruppo 2, che è etichettato come gruppo 2A nel “Sistema A/B”. Pertanto, il calcio ha 2 elettroni di valenza. (Ancora una volta, questa risposta è coerente con la soluzione dell’esercizio \(\PageIndex{1}}text{b}).