Valencia variable y covalencia en química

Introducción

Imagínese que usted — sí, usted — es elegido para un cargo público, ¡tal vez incluso como presidente! Puede pasar gran parte de su tiempo en la oficina haciendo cosas políticas como parte de su trabajo, pero al final del día probablemente regrese a casa con amigos y familiares y se espera que actúe de manera diferente en ese entorno. Los elementos químicos son similares: dependiendo de «con quién» se encuentren, asumen roles diferentes. Específicamente, pensamos en algunos elementos que tienen valencias diferentes. Una valencia es el número de electrones que un átomo de un elemento dona o acepta de otro elemento para lograr un octeto , 8 electrones de valencia o 2 electrones de valencia si el elemento es H, He, Li o Be. En la discusión a continuación, ignoraremos los metales de transición en los grupos 3-12 y solo hablaremos sobre loselementos del grupo principal , es decir, los grupos 1-2 y 13-18.

Valence: ¿Qué significa?

Primero analicemos los elementos que casi siempre tienen las mismas valencias. Estos son los elementos de los dos primeros períodos de la tabla periódica, que se muestran a continuación:

Podríamos decir que estos elementos pasan todo su tiempo en la oficina (por así decirlo) y no tienen vida fuera del trabajo. Siempre que vemos Na en un compuesto, sabemos que su valencia será +1, lo que significa que el Na siempre dará un electrón al formar un enlace químico. Por ejemplo, en el compuesto Na 2 CO 3, Na definitivamente dará un electrón, por lo que le asignamos una valencia +1. Recuerde: la razón por la que Na está dispuesto a hacer esto es para formar un octeto completo, logrando así la configuración electrónica de su gas noble más cercano, Ne. Tenga en cuenta que H, un elemento del grupo 1 de la tabla periódica, no es un metal alcalino; es un no metal. Debido a este hecho, H generalmente tiene una valencia de +1, pero ocasionalmente tiene una valencia de -1, particularmente cuando se combina con metales. Esto se debe a que los metales son mejores para dar electrones, es decir, tienen una valencia positiva. Los elementos del grupo 2 tienen una valencia de +2. Los elementos del grupo 13 tienen una valencia de +3.

La tendencia comienza a revertirse, en cierto modo, cuando llegamos al grupo 14. Para el grupo 14, que incluye a C, observe que los elementos de este grupo pueden ceder o recibir electrones para alcanzar un octeto. En nuestro ejemplo de Na 2 CO 3 , todavía no asignamos la valencia a C. En cambio, notamos que O está en el grupo 16. Dado que es más fácil ganar dos electrones para llenar su octeto, en lugar de perder6, O tiene una valencia de -2. O gana fácilmente estos electrones porque es un elemento bastante electronegativo. De manera similar, los elementos del grupo 15, 17 y 18 generalmente tienen valencias de -3, -1 y 0. ¡Los gases nobles generalmente prefieren no reaccionar en absoluto! C tiene la opción de dar o tomar electrones, pero considerando que tenemos 3 átomos de O, 2 átomos de Na y 1 átomo de C en Na 2 CO 3 , determinamos que C debe tener una valencia de +4 en este compuesto de manera que la valencia total es igual a la carga total del compuesto (neutro) .

Covalencia y enlaces químicos

En el ejemplo anterior, asumimos que los átomos ceden o toman electrones para formar enlaces químicos. En realidad, existen muchos compuestos donde los electrones no se transfieren completamente de un elemento a otro. A este tipo de enlace químico lo llamamos enlace covalente , en el que los electrones se comparten entre átomos de varios elementos. Seguimos asignando valencia a los elementos de la forma habitual. Cuando se habla de átomos en un compuesto, debemos entender que la asignación de valencias es básicamente un dispositivo de «contabilidad» para realizar un seguimiento de dónde pasan los electrones la mayor parte de su tiempo. La covalencia de un átomonos dice cuántos electrones puede donar el átomo para formar enlaces covalentes. Al dibujar estructuras de Lewis, cada átomo que participa en un enlace químico covalente dona un electrón a ese enlace. Por lo tanto, los enlaces más covalentes que podríamos esperar para un elemento son 8. En realidad, sin embargo, recordamos la tendencia de la valencia a medida que nos movemos del grupo 1 al grupo 4 de la tabla periódica: se puede dar o tomar un máximo de cuatro electrones. . Ya sea como átomo individual o como participante en un enlace químico, un elemento «quiere» hacer la menor cantidad posible de dar / recibir electrones para lograr su octeto. Por tanto, los elementos de los grupos 1-4 normalmente formarán 1, 2, 3 o 4 enlaces químicos en las moléculas que forman; tienen covalencias de 1, 2, 3 o 4. Los elementos del grupo 15-17 suelen formar 3, 2, o 1 enlaces químicos en sus moléculas y tienen covalencias de 3, 2 o 1. No asignamos un ‘+’ o ‘-‘ para la covalencia porque los electrones son compartidos. Los elementos del grupo 18 rara vez forman enlaces químicos. ¿Por qué crees que es esto?

Elementos que pueden tener múltiples valencias diferentes

Muchos elementos pueden tener múltiples valencias o covalencias diferentes, ¡incluso elementos del grupo 18! Suelen ser elementos del tercer período o inferior de la tabla periódica. Por ejemplo, a O nunca se le asignaría nada más que una valencia de -2 (excepto para los peróxidos), porque no es un metal y siempre ‘quiere’ tomar solo dos electrones más para lograr un octeto. (La excepción es para peróxidos como la molécula H 2 O 2 , donde la valencia en O es -1). Si miramos el elemento debajo de O, S, las cosas pueden ser un poco diferentes. Considere la molécula de SO 2 , dibujada a continuación.

Dado que O casi siempre tiene una valencia de -2, y hay dos átomos de O, esa valencia total es 2 x 2 = -4. Por lo tanto, S debe tener una valencia de +4 (covalencia de 4), porque las valencias deben sumar la carga de la molécula, que es neutra. En la molécula H 2 SO 4 , la historia es diferente. Nuevamente, O tiene una valencia de -2, y cada H tendrá una valencia de +1, para una valencia total de 2 x 1 + 4 x -2 = -6. Por lo tanto, S debe tener una valencia de +6 (covalencia de 6) H 2 SO 4 , dibujada a continuación.

Al asignar valencias, observe cómo siempre comenzamos con los elementos ‘obvios’ para los cuales conocemos fácilmente la valencia, luego trabajamos en los más difíciles estableciendo ecuaciones simples para resolver lo desconocido. También tenga en cuenta que, si tenemos un elemento puro como Cl 2 , ambos átomos de Cl deben tener una valencia de 0, porque los electrones se comparten por igual; no hay «donantes» o «receptores» en esta situación.

Entonces, ¿por qué los átomos tienen valencias diferentes en primer lugar? Tenga en cuenta que en SO 2 , el átomo central, S, solo tiene un par solitario, y cada átomo de O tiene dos pares únicos. Podríamos decir que S comparte más electrones que el átomo de O ‘egoísta’, por lo que tiene sentido que S tenga una valencia +2 y O tenga una valencia -2. Ahora considere la estructura de Lewis para H 2 SO 4 . Aquí, S comparte todos sus electrones, mientras que los átomos de O tienen dos pares solitarios. No es sorprendente que S tenga una valencia aún mayor de +6 en esta molécula.

Resumen

En esta lección hemos discutido el significado de valencia y covalencia, que casi siempre podemos predecir para elementos en los dos primeros períodos de la tabla periódica. Para los elementos del tercer período y los inferiores, debemos considerar compuestos químicos específicos, caso por caso, para determinar la valencia y la covalencia.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador