Come Trovare gli Elettroni di Valenza

In chimica, gli elettroni di valenza di un elemento si trovano nel guscio elettronico più esterno. Il numero degli elettroni di valenza di un atomo determina i tipi di legami chimici che quell'atomo sarà in grado di formare. Il metodo migliore per trovare gli elettroni di valenza è quello di ricorrere alla tavola degli elementi.

Metodo 1

Metodo 1 di 2:

Trovare gli Elettroni di Valenza con la Tavola Periodica

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Elementi che non Appartengono al Gruppo dei Metalli di Transizione

Si tratta di una tavola colorata e codificata composta da numerose caselle che elenca tutti gli elementi chimici finora noti. La tavola periodica fornisce molte informazioni che possiamo sfruttare per trovare il numero degli elettroni di valenza di ogni atomo che vogliamo prendere in esame. Il più delle volte, i testi di chimica la riportano in terza di copertina. Puoi comunque scaricarla anche da internet.
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Etichetta ogni colonna della tavola periodica con i numeri da 1 a 18. Solitamente, gli elementi che appartengono alla medesima colonna verticale hanno lo stesso numero di elettroni di valenza. Se la tua tavola non presenta le colonne numerate, fallo tu partendo da sinistra verso destra. In termini scientifici le colonne sono chiamate “gruppi”.
- Se consideriamo una tavola periodica dove i gruppi non sono numerati, inizia ad assegnare il numero 1 alla colonna dove trovi l’idrogeno (H), il 2 a quella del berillio (Be) e così via fino alla colonna 18 dell’elio (He).
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Trova l’elemento che ti interessa sulla tavola. Ora devi individuare l’atomo che devi studiare; all’interno di ogni quadrato trovi il simbolo chimico dell’elemento (delle lettere), il suo numero atomico (in alto a sinistra in ogni quadrato) e ogni altra informazione disponibile, in base al tipo di tavola periodica.
- A scopo d’esempio, consideriamo l’elemento carbonio (C). Questo ha un numero atomico pari a 6, si trova nella parte superiore del gruppo 14 e nel prossimo passaggio ne calcoleremo il numero di elettroni di valenza.
- In questa sezione dell’articolo non consideriamo i metalli di transizione, gli elementi raccolti in un blocco rettangolare costituito dai gruppi compresi fra 3 e 12. Questi sono elementi particolari che si comportano in maniera differente rispetto agli altri. Li affronteremo in seguito.
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Usa i numeri del gruppo per determinare il numero degli elettroni di valenza. La cifra delle unità del numero del gruppo corrisponde al numero di elettroni di valenza degli elementi. In altre parole:
- Gruppo 1: 1 elettrone di valenza.
- Gruppo 2: 2 elettroni di valenza.
- Gruppo 13: 3 elettroni di valenza.
- Gruppo 14: 4 elettroni di valenza.
- Gruppo 15: 5 elettroni di valenza.
- Gruppo 16: 6 elettroni di valenza.
- Gruppo 17: 7 elettroni di valenza.
- Gruppo 18: 8 elettroni di valenza – fatta eccezione per l'elio, che ne ha 2.
- Nel nostro esempio, dato che il carbonio appartiene al gruppo 14, possiede 4 elettroni di valenza.
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Metalli di Transizione

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Individua un elemento dei gruppi compresi fra 3 e 12. Come descritto in precedenza, questi elementi sono chiamati "metalli di transizione" e si comportano in maniera diversa per quanto riguarda il calcolo degli elettroni di valenza. In questa sezione verrà spiegato come, in un determinato intervallo, spesso non è possibile assegnare a questi atomi il numero di elettroni di valenza.
- A scopo esemplificativo consideriamo il tantalio (Ta), l’elemento 73. Nei prossimi passaggi ne troveremo il numero di elettroni di valenza o almeno ci proveremo.
- Ricorda che l’insieme dei metalli di transizione include anche o lantanoidi e gli attinoidi (chiamati anche "terre rare"). Le due righe di elementi che solitamente vengono scritte sotto la tavola periodica iniziano con il lantanio e l’attinio. Questi appartengono al gruppo 3.
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Ricorda che i metalli di transizione non hanno gli elettroni di valenza "tradizionali". Comprenderne il motivo richiede una piccola spiegazione su come si comportano gli atomi. Continua a leggere se desideri saperne di più, oppure passa alla sezione successiva se vuoi solo avere la soluzione a questo problema.
- Quando gli elettroni vengono aggiunti agli atomi, si dispongono in diversi "orbitali"; in pratica sono aree differenti che circondano l’atomo, nei quali si raggruppano gli elettroni. Gli elettroni di valenza sono quelli che si posizionano nel guscio più esterno, quelli che vengono coinvolti nei legami.
- Per motivi che sono un po’ più complessi e che esulano dallo scopo di questo articolo, quando gli atomi si legano al guscio elettronico d più esterno di un metallo di transizione, il primo elettrone che entra nel guscio si comporta come un normale elettrone di valenza, ma gli altri no e gli elettroni che sono presenti in altri gusci agiscono come se fossero di valenza. Questo significa che un atomo può avere un numero variabile di elettroni di valenza in base a come viene manipolato.
- Per avere più dettagli in merito puoi fare qualche ricerca online.
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Determina il numero di elettroni di valenza in base al numero del gruppo. Tuttavia, per i metalli di transizione non esiste uno schema logico che puoi seguire; al numero del gruppo può corrispondere un’ampia varietà di numeri di elettroni di valenza. Questi sono:
- Gruppo 3: 3 elettroni di valenza.
- Gruppo 4: da 2 a 4 elettroni di valenza.
- Gruppo 5: da 2 a 5 elettroni di valenza.
- Gruppo 6: da 2 a 6 elettroni di valenza.
- Gruppo 7: da 2 a 7 elettroni di valenza.
- Gruppo 8: da 2 a 3 elettroni di valenza.
- Gruppo 9: da 2 a 3 elettroni di valenza.
- Gruppo 10: da 2 a 3 elettroni di valenza.
- Gruppo 11: da 1 a 2 elettroni di valenza.
- Gruppo 12: 2 elettroni di valenza.
- Nell’esempio del tantalio, sappiamo che si trova nel gruppo 5, quindi possiede da 2 a 5 elettroni di valenza, in base alla situazione in cui si trova.
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Metodo 2

Metodo 2 di 2:

Trovare il Numero degli Elettroni di Valenza in Base alla Configurazione Elettronica

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Impara come leggere la configurazione elettronica. Un altro metodo per trovare il numero degli elettroni di valenza è attraverso la configurazione elettronica. A prima vista sembra una tecnica complessa, ma si tratta della rappresentazione degli orbitali di un atomo per mezzo di lettere e numeri. È una notazione semplice da capire, una volta che l’hai studiata.
- Prendiamo per esempio la configurazione elettronica del sodio (Na):
  1s²2s²2p⁶3s¹
- Nota che si tratta di una riga di lettere e numeri che si ripetono:
  (numero)(lettera)^(esponente)(numero)(lettera)^(esponente)...
- ...e così via. Il primo insieme di (numero)(lettera) rappresenta il nome dell’orbitale e ^{(l’esponente)} il numero di elettroni che sono presenti nell’orbitale.
- Quindi, per esempio, possiamo dire che il sodio ha 2 elettroni nell’orbitale 1s, 2 elettroni nel 2s più 6 elettroni nel 2p più 1 elettrone nell’orbitale 3s. In totale sono 11 elettroni; il sodio ha come numero di elemento 11 e i conti tornano.
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Trova la configurazione elettronica dell’elemento che vuoi studiare. Una volta che la conosci, trovare il numero degli elettroni di valenza è piuttosto semplice (tranne, ovviamente, per i metalli di transizione). Se la configurazione ti è stata fornita fra i dati del problema, salta questo passaggio e leggi direttamente il successivo. Se devi scrivere la configurazione, ecco come fare:
- Questa è la configurazione elettronica per l’ununoctio (Uuo), l’elemento 118:
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰7p⁶
- Ora che hai questo modello di esempio, sei in grado di trovare la configurazione elettronica di un altro atomo semplicemente riempiendo lo schema con gli elettroni a disposizione. È più facile di quanto sembri. Prendiamo come esempio il diagramma orbitale del cloro (Cl), l’elemento numero 17 che ha 17 elettroni:
  1s²2s²2p⁶3s²3p⁵
- Nota che sommando fra loro il numero degli elettroni presenti sugli orbitali ottieni proprio: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. Devi solo cambiare il numero nell’orbitale finale; il resto rimarrà invariato, dato che gli orbitali precedenti sono completamente pieni.
- Se vuoi saperne di più leggi questo articolo.
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Assegna gli elettroni al guscio orbitale con la regola dell’ottetto. Quando gli elettroni si legano a un atomo, cadono all’interno di vari orbitali seguendo un preciso ordine; i primi due rientrano nell’orbitale 1s, i due successivi nell’orbitale 2s e i sei successivi in quello 2p e così via. Quando consideri degli atomi che non fanno parte dei metalli di transizione, puoi dire che gli orbitali formano dei "gusci orbitali" attorno all’atomo e che il guscio successivo è sempre esterno al precedente. Tranne il primissimo guscio, che contiene solo due elettroni, tutti gli altri ne contengono otto (tranne nel caso dei metalli di transizione). Questa viene detta regola dell’ottetto.
- Consideriamo il boro (B). Il suo numero atomico è 5, per cui ha 5 elettroni e la sua configurazione elettronica è: 1s²2s²2p¹. Dato che il suo primo guscio orbitale ha solo due elettroni, sappiamo che il boro ha solo due gusci orbitali: 1s con due elettroni e uno con tre elettroni provenienti dal 2s e 2p.
- Prendiamo come secondo esempio il cloro, che ha tre gusci orbitali: uno con due elettroni in 1s, uno con due elettroni in 2s e sei elettroni in 2p, infine un terzo con 2 elettroni in 3s e cinque in 3p.
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Trova il numero di elettroni del guscio più esterno. Ora che conosci i gusci elettronici dell’atomo, non è difficile trovare il numero degli elettroni di valenza, che è pari al numero di elettroni presenti nel guscio più esterno. Se il guscio esterno è pieno (in altre parole ha 8 elettroni o, nel caso del primo guscio, 2), allora si tratta di un elemento inerte che non reagisce con altri. Ricorda sempre che queste regole valgono solo per gli elementi che non sono metalli di transizione.
- Se consideriamo ancora il boro, dato che ha tre elettroni nel secondo guscio, possiamo affermare che ha 3 elettroni di valenza.
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Usa le righe della tavola periodica come scorciatoia. Le righe orizzontali sono dette “periodi”. Iniziando dall’alto della tavola, ogni periodo corrisponde al numero di “gusci elettronici” che un atomo possiede. Puoi utilizzare questo “trucco” per conoscere quanti elettroni di valenza possiede un elemento, iniziando da sinistra del periodo quando conti gli elettroni. Non usare questo metodo per i metalli di transizione.
- Ad esempio, sappiamo che il selenio ha quattro gusci orbitali perché si trova nel quarto periodo. Dato che è anche il sesto elemento da sinistra nel quarto periodo (ignorando i metalli di transizione), sappiamo che il guscio più esterno ha sei elettroni e quindi il selenio ha sei elettroni di valenza.
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Consigli

Nota che le configurazioni elettroniche possono essere scritte in una forma abbreviata usando quella dei gas nobili (gli elementi del gruppo 18) per rappresentare gli orbitali che iniziano con essa. Per esempio, la configurazione elettronica del sodio può essere indicata come [Ne]3s1. In pratica condivide la stessa configurazione del neon ma ha un elettrone in più nell’orbitale 3s.
I metalli di transizione potrebbero avere dei sottogusci (sottolivelli) di valenza che non sono totalmente completi. Il calcolo esatto del numero degli elettroni di valenza nei metalli di transizione richiede la conoscenza di principi di teoria quantistica che va ben oltre gli scopi di questo articolo.
Ricorda che la tavola periodica cambia leggermente da Paese a Paese. Quindi controlla quella che stai usando per evitare errori e confusione.