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Valencia (química)

La valencia es el número de electrones que le faltan o debe ceder un elemento químico para completar su último nivel de energía. Estos electrones son los que pone en juego durante una reacción química o para establecer un enlace químico con otro elemento. Hay elementos con más de una valencia, por ello fue reemplazado este concepto con el de números de oxidación que finalmente representa lo mismo. A través del siglo XX, el concepto de valencia ha evolucionado en una amplia gama de aproximaciones para describir el enlace químico, incluyendo la estructura de Lewis (1916), la teoría del enlace de valencia (1927), la teoría de los orbitales moleculares (1928), la teoría de repulsión de pares electrónicos de la capa de valencia (1958) y todos los métodos avanzados de química cuántica.

Algunas de las valencias suelen agruparse debido a la periodicidad de su configuración electrónica.

Historia

La etimología de la palabra «valencia» proviene de 1543, significando "molde", del latín valentía "poder, capacidad", y el significado químico refiriéndose al «poder combinante de un elemento» está registrado desde 1884, del alemán Valenz.[1]

En 1890, William Higgins publicó bocetos sobre lo que él llamó combinaciones de partículas "últimas", que esbozaban el concepto de enlaces de valencia.[2]​ Si, por ejemplo, de acuerdo a Higgins, la fuerza entre la partícula última de oxígeno y la partícula última de nitrógeno era 6, luego la fuerza del enlace debería ser dividida acordemente, y de modo similar para las otras combinaciones de partículas últimas: estas son las de la tabla periódica.

 
Combinaciones de partículas últimas de William Higgins (1789).

Sin embargo, el origen no exacto de la teoría de las valencias químicas puede ser rastreado a una publicación de Edward Frankland, en la que combinó las viejas teorías de los radicales libres y «teoría de tipos» con conceptos sobre afinidad química para mostrar que ciertos elementos tienen la tendencia a combinarse con otros elementos para formar compuestos conteniendo tres equivalentes del átomo unido, por ejemplo, en los grupos de tres átomos (vg. NO3, NH3, NI3, etc.) o cinco, por ejemplo en los grupos de cinco átomos (vg. N2O5, NH4O, P2O5, etc.) Es en este modo, según Franklin, que sus afinidades están mejor satisfechas. Siguiendo estos ejemplos y postulados, Franklin declaró cuán obvio esto es que:[3]

Una tendencia o ley prevalece (aquí), y que, no importa qué puedan ser los caracteres de los átomos que se unen, el poder combinante de los elementos atrayentes, si me puedo permitir el término, se satisface siempre por el mismo número de estos átomos.

Tipos de valencia

  • Valencia positiva máxima: es el número positivo que refleja la máxima capacidad de combinación de un átomo. Este número coincide con el grupo de la tabla periódica de los elementos al cual pertenece. Por ejemplo, el cloro (Cl) pertenece al grupo 7, por lo que su valencia positiva máxima es 7.
  • Valencia negativa solo para el grupo A no para el grupo B: es el número negativo que refleja la capacidad que tiene un átomo de combinarse con otro pero que esté actuando con valencia positiva. Este número negativo se puede determinar contando lo que le falta a la valencia positiva máxima para llegar a 8, pero con signo -. Por ejemplo: a la valencia máxima positiva del átomo de cloro es 7, por lo que le falta un electrón para cumplir el octeto, entonces su valencia negativa será -1.

Vista general

El concepto fue desarrollado a mediados del siglo XIX, en un intento por racionalizar la fórmula química de compuestos químicos diferentes. En 1919, Irving Langmuir, tomó prestado el término para explicar el modelo del átomo cúbico de Gilbert N. Lewis al enunciar que "el número de pares de electrones que cualquier átomo dado comparte con el átomo adyacente es denominado la covalencia del átomo." El prefijo co- significa «junto», así que un enlace covalente significa que los átomos comparten valencia. De ahí, si un átomo, por ejemplo, tiene una valencia +1, significa que perdió un electrón, y otro con una valencia de -1, significa que tiene un electrón adicional. Luego, un enlace entre estos dos átomos resultaría porque se complementarían o compartirían sus tendencias en el balance de la valencia. Subsecuentemente, actualmente es más común hablar de enlace covalente en vez de valencia, que ha caído en desuso del nivel más alto de trabajo, con los avances en la teoría del enlace químico, pero aún es usado ampliamente en estudios elementales donde provee una introducción heurística a la materia.

Definición del "número de enlaces"

Se creía originalmente que el número de enlaces formados por un elemento dado era una propiedad química fija y, en efecto, en muchos casos, es una buena aproximación. Por ejemplo, en muchos de sus compuestos, el carbono forma cuatro enlaces, el oxígeno dos y el hidrógeno uno. Sin embargo, pronto se hizo evidente que, para muchos elementos, la valencia podría variar entre compuestos diferentes. Uno de los primeros ejemplos en ser identificado era el fósforo, que algunas veces se comporta como si tuviera una valencia de tres, y otras como si tuviera una valencia de cinco. Un método para resolver este problema consiste en especificar la valencia para cada compuesto individual: aunque elimina mucho de la generalidad del concepto, esto ha dado origen a la idea de número de oxidación (usado en la nomenclatura Stock y a la notación lambda en la nomenclatura IUPAC de química inorgánica).

Definición de IUPAC

La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) ha hecho algunos intentos de llegar a una definición desambigua de valencia. La versión actual, adoptada en 1994, es la siguiente:[4]

La valencia es el máximo número de átomos univalentes (originalmente átomos de hidrógeno o cloro) que pueden combinarse con un átomo del elemento en consideración, o con un fragmento, o para el cual un átomo de este elemento puede ser sustituido.

Esta definición reimpone una valencia única para cada elemento a expensas de despreciar, en muchos casos, una gran parte de su química. La mención del hidrógeno y el cloro es por razones históricas, aunque ambos en la práctica forman compuestos principalmente en los que sus átomos forman un enlace simple. Las excepciones en el caso del hidrógeno incluyen el ion bifluoruro, [HF2], y los diversos hidruros de boro tales como el diborano: estos son ejemplos de enlace de tres centros. El cloro forma un número de fluoruroClF, ClF3 y ClF5—y su valencia, de acuerdo a la definición de la IUPAC, es cinco. El flúor es el elemento para el que el mayor número de átomos se combinan con átomos de otros elementos: es univalente en todos sus compuestos, excepto en el ion [H2F]+. En efecto, la definición IUPAC sólo puede ser resuelta al fijar las valencias del hidrógeno y el flúor como uno, convención que ha sido seguida acá.

Valencias de los elementos

Las valencias de la mayoría de los elementos se basan en el fluoruro más alto conocido.[5]

Otras críticas al concepto de valencia

  • La valencia de un elemento no siempre es igual a su estado de oxidación más alto: las excepciones incluyen al rutenio, osmio y xenón, que tienen valencias de seis (hexafluoruros), pero que pueden formar compuestos con oxígeno en el estado de oxidación +8, y cloro, que tiene una valencia de cinco, pero un estado de oxidación máximo de +7 (en los percloratos).
  • El concepto de "combinación" no puede ser igualado con el número de enlaces formados por un átomo. En el fluoruro de litio (que tiene la estructura del NaCl), cada átomo de litio está rodeado por seis átomos de flúor, mientras que la valencia del litio es universalmente tomada como uno, como sugiere la fórmula LiF. En la fase gaseosa, el LiF existe como moléculas discretas diatómicas como las valencias sugerirían.

Referencias

  1. Harper, Douglas. «valence». Online Etymology Dictionary. 
  2. Partington, J.R. (1989). A Short History of Chemistry. Dover Publications, Inc. ISBN 0-486-65977-1. 
  3. Franklin, E. (1852). Phil. Trans., vol. cxlii, 417.
  4. Pure Appl. Chem. 66: 1175 (1994).
  5. [1] Consultado el 20 de noviembre de 2008.

Enlaces externos

  • Definición de valencia — PDF (2,70 KiB) del Gold Book de la IUPAC
  • Tabla periódica de los elementos, con sus valencias
  •   Datos: Q171407

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La valencia es el numero de electrones que le faltan o debe ceder un elemento quimico para completar su ultimo nivel de energia Estos electrones son los que pone en juego durante una reaccion quimica o para establecer un enlace quimico con otro elemento Hay elementos con mas de una valencia por ello fue reemplazado este concepto con el de numeros de oxidacion que finalmente representa lo mismo A traves del siglo XX el concepto de valencia ha evolucionado en una amplia gama de aproximaciones para describir el enlace quimico incluyendo la estructura de Lewis 1916 la teoria del enlace de valencia 1927 la teoria de los orbitales moleculares 1928 la teoria de repulsion de pares electronicos de la capa de valencia 1958 y todos los metodos avanzados de quimica cuantica Algunas de las valencias suelen agruparse debido a la periodicidad de su configuracion electronica Indice 1 Historia 2 Tipos de valencia 3 Vista general 4 Definicion del numero de enlaces 5 Definicion de IUPAC 6 Valencias de los elementos 7 Otras criticas al concepto de valencia 8 Referencias 9 Enlaces externosHistoria EditarLa etimologia de la palabra valencia proviene de 1543 significando molde del latin valentia poder capacidad y el significado quimico refiriendose al poder combinante de un elemento esta registrado desde 1884 del aleman Valenz 1 En 1890 William Higgins publico bocetos sobre lo que el llamo combinaciones de particulas ultimas que esbozaban el concepto de enlaces de valencia 2 Si por ejemplo de acuerdo a Higgins la fuerza entre la particula ultima de oxigeno y la particula ultima de nitrogeno era 6 luego la fuerza del enlace deberia ser dividida acordemente y de modo similar para las otras combinaciones de particulas ultimas estas son las de la tabla periodica Combinaciones de particulas ultimas de William Higgins 1789 Sin embargo el origen no exacto de la teoria de las valencias quimicas puede ser rastreado a una publicacion de Edward Frankland en la que combino las viejas teorias de los radicales libres y teoria de tipos con conceptos sobre afinidad quimica para mostrar que ciertos elementos tienen la tendencia a combinarse con otros elementos para formar compuestos conteniendo tres equivalentes del atomo unido por ejemplo en los grupos de tres atomos vg NO3 NH3 NI3 etc o cinco por ejemplo en los grupos de cinco atomos vg N2O5 NH4O P2O5 etc Es en este modo segun Franklin que sus afinidades estan mejor satisfechas Siguiendo estos ejemplos y postulados Franklin declaro cuan obvio esto es que 3 Una tendencia o ley prevalece aqui y que no importa que puedan ser los caracteres de los atomos que se unen el poder combinante de los elementos atrayentes si me puedo permitir el termino se satisface siempre por el mismo numero de estos atomos Tipos de valencia EditarValencia positiva maxima es el numero positivo que refleja la maxima capacidad de combinacion de un atomo Este numero coincide con el grupo de la tabla periodica de los elementos al cual pertenece Por ejemplo el cloro Cl pertenece al grupo 7 por lo que su valencia positiva maxima es 7 Valencia negativa solo para el grupo A no para el grupo B es el numero negativo que refleja la capacidad que tiene un atomo de combinarse con otro pero que este actuando con valencia positiva Este numero negativo se puede determinar contando lo que le falta a la valencia positiva maxima para llegar a 8 pero con signo Por ejemplo a la valencia maxima positiva del atomo de cloro es 7 por lo que le falta un electron para cumplir el octeto entonces su valencia negativa sera 1 Vista general EditarEl concepto fue desarrollado a mediados del siglo XIX en un intento por racionalizar la formula quimica de compuestos quimicos diferentes En 1919 Irving Langmuir tomo prestado el termino para explicar el modelo del atomo cubico de Gilbert N Lewis al enunciar que el numero de pares de electrones que cualquier atomo dado comparte con el atomo adyacente es denominado la covalencia del atomo El prefijo co significa junto asi que un enlace covalente significa que los atomos comparten valencia De ahi si un atomo por ejemplo tiene una valencia 1 significa que perdio un electron y otro con una valencia de 1 significa que tiene un electron adicional Luego un enlace entre estos dos atomos resultaria porque se complementarian o compartirian sus tendencias en el balance de la valencia Subsecuentemente actualmente es mas comun hablar de enlace covalente en vez de valencia que ha caido en desuso del nivel mas alto de trabajo con los avances en la teoria del enlace quimico pero aun es usado ampliamente en estudios elementales donde provee una introduccion heuristica a la materia Definicion del numero de enlaces EditarSe creia originalmente que el numero de enlaces formados por un elemento dado era una propiedad quimica fija y en efecto en muchos casos es una buena aproximacion Por ejemplo en muchos de sus compuestos el carbono forma cuatro enlaces el oxigeno dos y el hidrogeno uno Sin embargo pronto se hizo evidente que para muchos elementos la valencia podria variar entre compuestos diferentes Uno de los primeros ejemplos en ser identificado era el fosforo que algunas veces se comporta como si tuviera una valencia de tres y otras como si tuviera una valencia de cinco Un metodo para resolver este problema consiste en especificar la valencia para cada compuesto individual aunque elimina mucho de la generalidad del concepto esto ha dado origen a la idea de numero de oxidacion usado en la nomenclatura Stock y a la notacion lambda en la nomenclatura IUPAC de quimica inorganica Definicion de IUPAC EditarLa Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada IUPAC ha hecho algunos intentos de llegar a una definicion desambigua de valencia La version actual adoptada en 1994 es la siguiente 4 La valencia es el maximo numero de atomos univalentes originalmente atomos de hidrogeno o cloro que pueden combinarse con un atomo del elemento en consideracion o con un fragmento o para el cual un atomo de este elemento puede ser sustituido Esta definicion reimpone una valencia unica para cada elemento a expensas de despreciar en muchos casos una gran parte de su quimica La mencion del hidrogeno y el cloro es por razones historicas aunque ambos en la practica forman compuestos principalmente en los que sus atomos forman un enlace simple Las excepciones en el caso del hidrogeno incluyen el ion bifluoruro HF2 y los diversos hidruros de boro tales como el diborano estos son ejemplos de enlace de tres centros El cloro forma un numero de fluoruro ClF ClF3 y ClF5 y su valencia de acuerdo a la definicion de la IUPAC es cinco El fluor es el elemento para el que el mayor numero de atomos se combinan con atomos de otros elementos es univalente en todos sus compuestos excepto en el ion H2F En efecto la definicion IUPAC solo puede ser resuelta al fijar las valencias del hidrogeno y el fluor como uno convencion que ha sido seguida aca Valencias de los elementos EditarArticulo principal Anexo Estados de oxidacion de los elementos Las valencias de la mayoria de los elementos se basan en el fluoruro mas alto conocido 5 Otras criticas al concepto de valencia EditarLa valencia de un elemento no siempre es igual a su estado de oxidacion mas alto las excepciones incluyen al rutenio osmio y xenon que tienen valencias de seis hexafluoruros pero que pueden formar compuestos con oxigeno en el estado de oxidacion 8 y cloro que tiene una valencia de cinco pero un estado de oxidacion maximo de 7 en los percloratos El concepto de combinacion no puede ser igualado con el numero de enlaces formados por un atomo En el fluoruro de litio que tiene la estructura del NaCl cada atomo de litio esta rodeado por seis atomos de fluor mientras que la valencia del litio es universalmente tomada como uno como sugiere la formula LiF En la fase gaseosa el LiF existe como moleculas discretas diatomicas como las valencias sugeririan Referencias Editar Harper Douglas valence Online Etymology Dictionary Partington J R 1989 A Short History of Chemistry Dover Publications Inc ISBN 0 486 65977 1 Franklin E 1852 Phil Trans vol cxlii 417 Pure Appl Chem 66 1175 1994 1 Consultado el 20 de noviembre de 2008 Enlaces externos EditarDefinicion de valencia PDF 2 70 KiB del Gold Book de la IUPAC Tabla periodica de los elementos con sus valencias Datos Q171407Obtenido de https es wikipedia org w index php title Valencia quimica amp oldid 136491438, wikipedia, wiki, leyendo, leer, libro, biblioteca,

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