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Qué son los electrones de valencia y para qué sirven: explicación y ejemplos
Para entender por qué unas sustancias reaccionan entre sí y otras permanecen prácticamente inalteradas, hay que fijarse en la distribución de los electrones de los átomos. Entre ellos destacan los electrones de valencia, que ocupan una posición especialmente importante en la química.
Estos electrones intervienen en los enlaces químicos, influyen en la reactividad de los elementos y ayudan a explicar propiedades como la conductividad de los metales. A continuación veremos qué son, cómo se representan, cómo se pueden identificar y qué sucede cuando un átomo los comparte, los gana o los pierde.
¿Qué son los electrones de valencia?
Los electrones de valencia son los electrones situados en el nivel de energía más externo de un átomo. Los electrones no se distribuyen todos de la misma manera: se organizan alrededor del núcleo en distintos niveles o capas electrónicas. La capa más alejada que contiene electrones es la capa de valencia.
Por ejemplo, un átomo puede tener electrones repartidos en tres niveles. En ese caso, los electrones que se encuentran en el tercero son sus electrones de valencia. No importa que en las capas internas haya más electrones: los de la capa exterior son los que están más directamente relacionados con las interacciones entre átomos.
Cuando dos átomos se aproximan, sus electrones de valencia pueden transferirse de un átomo a otro, compartirse o desplazarse con cierta libertad en una estructura metálica. Estos procesos originan los enlaces químicos y permiten formar sustancias con propiedades diferentes de las de los elementos que las componen.
¿Por qué son importantes?
El número y la disposición de los electrones de valencia influyen en el comportamiento químico de un elemento. Un átomo cuya capa externa está completa suele ser poco reactivo. En cambio, si esa capa está incompleta, el átomo puede tender a modificar su número de electrones para alcanzar una situación más estable.
En muchos elementos representativos, esta tendencia se explica mediante la regla del octeto: los átomos suelen participar en enlaces de manera que su capa externa alcance ocho electrones. Esta regla es una aproximación útil para interpretar numerosos compuestos, aunque no describe por igual todos los elementos ni todas las sustancias. La primera capa electrónica constituye una excepción importante, porque se considera completa con dos electrones.
Por tanto, los electrones de valencia sirven principalmente para:
- predecir si un elemento puede reaccionar con facilidad;
- comprender cuántos enlaces puede formar un átomo;
- explicar la formación de iones y moléculas;
- interpretar algunas propiedades de los metales, como su conductividad eléctrica.
Relación entre los electrones de valencia y los enlaces
Los enlaces químicos se forman mediante interacciones entre los electrones de valencia. No todos los enlaces funcionan de la misma manera.
Enlace iónico
En un enlace iónico, un átomo cede uno o varios electrones y otro los incorpora. Como consecuencia, se forman partículas con carga eléctrica llamadas iones: el átomo que pierde electrones se convierte en un ion positivo o catión, mientras que el que los gana se transforma en un ion negativo o anión. La atracción entre cargas opuestas mantiene unida la estructura.
Un ejemplo distinto es el fluoruro de magnesio, MgF2. El magnesio puede perder dos electrones y formar Mg2+; cada átomo de flúor puede ganar uno y convertirse en F-. Por eso hacen falta dos iones fluoruro para compensar la carga del ion magnesio.
Enlace covalente
En el enlace covalente, dos átomos comparten uno o varios pares de electrones. Esta forma de unión es habitual entre elementos no metálicos. Los electrones compartidos cuentan para los dos átomos y pueden ayudarles a completar su capa externa.
Por ejemplo, en una molécula de amoníaco, NH3, un átomo de nitrógeno comparte electrones con tres átomos de hidrógeno. El nitrógeno participa en tres enlaces covalentes y conserva, además, un par de electrones no compartidos.
Enlace metálico
En los metales, los electrones de valencia no permanecen ligados exclusivamente a un único átomo. Se encuentran deslocalizados y pueden desplazarse por la estructura metálica. Este modelo ayuda a explicar que los metales conduzcan la electricidad y el calor, además de que puedan deformarse sin romperse con facilidad.
¿Cómo se representan?
Una representación sencilla es la estructura de Lewis. Se escribe el símbolo químico del elemento y se colocan alrededor puntos que indican sus electrones de valencia. Los puntos se distribuyen en los cuatro lados del símbolo, colocando primero uno en cada lado antes de formar parejas.
Así, el símbolo del magnesio, Mg, se representa con dos puntos, porque este elemento tiene dos electrones de valencia. El símbolo del azufre, S, se dibuja con seis puntos. La representación no pretende mostrar la forma real del átomo, sino ofrecer una manera rápida de observar los electrones que pueden intervenir en los enlaces.
En una estructura de Lewis de una molécula, un par de electrones compartidos suele dibujarse como una línea entre dos símbolos. Los pares que no participan en un enlace se mantienen como puntos alrededor del átomo correspondiente.
¿Cómo saber cuántos electrones de valencia tiene un átomo?
La tabla periódica permite hacer una primera estimación, sobre todo en los elementos de los grupos principales:
- Los elementos del grupo 1 tienen, por lo general, un electrón de valencia.
- Los elementos del grupo 2 suelen tener dos electrones de valencia.
- En los grupos 13 a 18, el número habitual de electrones de valencia se obtiene restando diez al número del grupo. Por ejemplo, los elementos del grupo 17 tienen siete.
Esta relación se debe a que los elementos de una misma columna presentan configuraciones externas parecidas y, por ello, suelen mostrar comportamientos químicos semejantes. Los gases nobles se encuentran en el grupo 18 y tienen su capa externa completa; el helio es una excepción al octeto, ya que su primera capa se completa con dos electrones.
En los elementos de transición, situados en los grupos 3 a 12, la situación es más compleja. En sus reacciones pueden intervenir electrones de niveles que no son simplemente la última capa ocupada, y un mismo elemento puede presentar varios estados de oxidación. Por eso no basta con aplicar mecánicamente la regla de restar diez.
Ejemplos de electrones de valencia
Ejemplo 1: el flúor
El flúor tiene número atómico 9, por lo que un átomo neutro posee nueve electrones. Su distribución por capas puede expresarse como 2, 7. En consecuencia, tiene siete electrones de valencia y le falta uno para completar la segunda capa. Esta configuración ayuda a explicar su tendencia a ganar un electrón cuando forma un ion.
Ejemplo 2: el magnesio
El magnesio tiene 12 electrones distribuidos como 2, 8, 2. Los dos electrones de su tercera capa son sus electrones de valencia. En muchas reacciones los cede y forma el catión Mg2+, cuya capa externa pasa a corresponder a una distribución más estable.
Ejemplo 3: el nitrógeno
El nitrógeno posee siete electrones: dos en el primer nivel y cinco en el segundo. Por tanto, cuenta con cinco electrones de valencia. Puede compartir electrones con otros átomos y formar varios enlaces covalentes; esta capacidad aparece, por ejemplo, en sustancias como el amoníaco.
Ejemplo 4: el argón
El argón tiene 18 electrones, distribuidos como 2, 8, 8. Su nivel externo está completo, de modo que normalmente no necesita ganar, perder ni compartir electrones para alcanzar una configuración estable. Por eso pertenece a los gases nobles y presenta una reactividad muy baja en condiciones habituales.
¿Qué ocurre cuando un átomo gana o pierde electrones?
Los electrones tienen carga negativa. Si un átomo neutro pierde electrones, quedan más cargas positivas en el núcleo que cargas negativas alrededor y se forma un catión. Si gana electrones, predominan las cargas negativas y se produce un anión.
La carga del ion depende de la diferencia entre protones y electrones. Un átomo que pierde dos electrones adquiere carga 2+, mientras que otro que gana tres obtiene carga 3-. Los protones no cambian durante estos procesos: lo que se modifica es el número de electrones.
Cuando los átomos comparten electrones, no se convierten necesariamente en iones, sino que pueden formar moléculas mediante enlaces covalentes. De este modo, la forma en que actúan los electrones de valencia permite entender una gran parte de la diversidad de sustancias presentes en la materia.
Vídeo explicativo
Autor
Sergio Molina
Autor de Aulaversum especializado en Química. Participa en la elaboración y revisión de explicaciones y ejercicios relacionados con materia, átomos, elementos, enlaces, formulación y reacciones químicas. Su objetivo es presentar los conceptos de manera progresiva, relacionando teoría y práctica para facilitar la comprensión de los procesos y del lenguaje químico.
