Valenza

In chimica, con il termine valenza si definisce la capacità di un atomo di legarsi con uno o più atomi di uno stesso elemento (o di un altro differente) formando così un composto. Gli elettroni che vengono usati nella formazione dei legami sono gli elettroni più esterni che vengono chiamati elettroni di valenza. Il numero degli elettroni di valenza di un atomo determina i tipi di legami chimici che quell’atomo sarà in grado di formare.

Il concetto di valenza nacque dalle leggi delle combinazioni, in particolare dalla legge delle proporzioni multiple (1800) e dalla teoria atomica (1808), entrambe dovute a J. Dalton. Tale concetto, insufficiente a chiarire la complessa natura dei legami tra gli atomi, subì una profonda evoluzione dopo la scoperta della struttura atomica, soprattutto per opera di A. Kossel, che propose (1916) la prima teoria della valenza basata sull’attrazione elettrostatica tra ioni recanti cariche opposte (valenza ionica o elettrovalenza che dà luogo al legame chimico detto ionico), e contemporaneamente da G.N. Lewis, che per primo associò la formazione di un legame chimico alla compartecipazione di elettroni tra due atomi (legame covalente).

In passato tale concetto veniva espresso mediante il numero di atomi di idrogeno che si legano all’elemento nel suo composto binario; l’idrogeno era stato assunto come riferimento in quanto esso presenta sempre un potere di combinazione uguale a 1.

Gli elementi monovalenti si combinano con l’idrogeno con un rapporto 1:1, quelli bivalenti con un rapporto 1:2, quelli trivalenti con un rapporto 1:3, e così via. Quando un elemento non forma composti con l’idrogeno, la sua valenza si può ricavare dal numero di atomi di un altro elemento monovalente che si combinano con l’elemento considerato: per esempio lo zinco è bivalente in quanto si combina con due atomi di cloro (monovalente) per formare il cloruro di zinco.

In particolare, se due elementi hanno la stessa valenza, si combinano nel rapporto 1:1, se invece la loro valenza è diversa, il rapporto con cui si combinano è inverso al rapporto delle valenze: per esempio ossigeno e alluminio che hanno valenze rispettivamente 2 e 3 si combinano a dare Al2O3.

La valenza è solitamente è legata al gruppo di appartenenza degli elementi della tavola periodica. Ovvero la cifra delle unità del numero del gruppo corrisponde al numero di elettroni di valenza degli elementi ad eccezione dei metalli di transizione (gruppo da 3 a 12) che hanno un comportamento variabile; in particolare:

  • IA → Valenza I – 1 elettrone di valenza
  • IIA → Valenza II – 2 elettroni di valenza
  • IIIB → 3 elettroni di valenza
  • IVB → da 2 a 4 elettroni di valenza
  • VB → da 2 a 5 elettroni di valenza
  • VIB → da 2 a 6 elettroni di valenza
  • VIIB → da 2 a 7 elettroni di valenza
  • VIIIB → da 2 a 3 elettroni di valenza
  • IB → da 1 a 2 elettroni di valenza
  • IIB → 2 elettroni di valenza
  • IIIA → Valenza I e III – 3 elettroni di valenza (eccezioni: boro valenza III e alluminio valenza III)
  • IVA → Valenza II e IV – 4 elettroni di valenza (eccezioni: silicio valenza IV)
  • VA → Valenza III e V – 5 elettroni di valenza
  • VIA → Valenza II e IV e VI – 6 elettroni di valenza (eccezioni: ossigeno valenza II)
  • VIIA → Valenza I e III e V e VII – 7 elettroni di valenza (eccezioni: fluoro valenza I)
  • VIIIA → 8 elettroni di valenza (eccezione per l’elio, che ne ha 2).

Pertanto come è possibile notare dalla tavola periodica degli elementi, soltanto alcuni elementi presentano nei loro composti una sola valenza (come ad esempio i metalli alcalini e alcalino-terrosi), mentre la maggior parte degli altri elementi ha una valenza variabile a seconda del composto che si considera: ad esempio il rame può essere monovalente (nel caso di composti rameosi) e bivalente (nel caso di composti rameici), oppure l’azoto può essere mono-, bi-, tri-, tetra- e pentavalente; così come lo zolfo può essere bi-, tetra- ed esavalente.

Oggigiorno il concetto di valenza, fin qui considerato storicamente nel suo aspetto stechiometrico, ha perso molta dell’importanza che in passato aveva assunto come indice di equivalenza; il suo significato è rimasto fondamentalmente inalterato solo per i composti ionici nei quali lo ione è monoatomico, nei quali il valore numerico della carica coincide con la valenza.

Nei composti nei quali sono presenti legami covalenti il concetto di valenza ha perso la caratteristica di numero fisso (o relativamente variabile) dell’elemento considerato e coincide in parte con il numero di legami covalenti che l’atomo è in grado di formare.

Così, indipendentemente dal numero di atomi di idrogeno con cui un atomo di carbonio è legato, ad esempio nel metano (CH4), in un alcano come l’etano (CH3-CH3), in un alchene come l’etene o etilene (CH2=CH2) l’atomo di carbonio è sempre tetravalente perché forma sempre quattro legami. Anche questa «covalenza» non ha però carattere generale perché per uno stesso atomo è spesso possibile una grande varietà di legami che possono coinvolgere elettroni non di legame (legame dativo) formando composti di coordinazione.

Una significativa evoluzione del concetto di valenza, è rappresentata dal numero di ossidazione.