Valentie-elektronen

Valentie-elektronen worden ook wel buitenste elektronen genoemd. Dat komt omdat ze zich in de buitenste elektronenschil van een atoom bevinden.

Volgens het atoommodel van Bohr is de atoomkern omgeven door verschillende elektronenschillen. Om precies te zijn, volgens het schillenmodel zijn er vier elektronenschillen, die K-, L-, M- en N-schillen worden genoemd. De valentie-elektronen zijn de elektronen die zich in de buitenste schil bevinden. Daarom worden ze ook valentieschillen genoemd. Als er een chemische verbinding is tussen twee of meer atomen, kun je je voorstellen dat hun buitenste elektronen zich met elkaar verbinden. Dat hangt natuurlijk af van het aantal elektronen in de buitenste schil.

Elk element heeft een bepaald aantal elektronen, die op een bepaalde manier verdeeld zijn over de vier schillen. Voor elke schil is er een maximum aantal elektronen dat er in kan zitten. Hoeveel elektronen dat per schil zijn, staat in deze tabel:

Schil Aantal elektronen per schil
K 2
L 8
M 18
N 32

Voorbeeld: Zuurstof

Zuurstof heeft atoomnummer 8 in het periodiek systeem. Het atoomnummer vertelt je hoeveel protonen er in de kern van zuurstof zitten.
Als zuurstof extern neutraal is, d.w.z. niet geladen, komt het atoomnummer ook overeen met het aantal elektronen dat in de elektronenschillen van zuurstof ronddraait. Dit is het geval in ons voorbeeld. Daarom kunnen we nu acht elektronen over de schillen verdelen.
De schillen zijn altijd van binnen naar buiten bezet. Er is ruimte voor twee elektronen in de K-schil. Dus van de acht elektronen zijn er nu zes elektronen over. Acht elektronen passen in de L-schil.
Daarom vind je de resterende zes elektronen in de L-schil.
Dus zuurstof heeft zes valentie-elektronen. In dit voorbeeld noem je deze schil de valentieschil.

In het periodiek systeem kun je meteen zien dat zuurstof 6 valentie-elektronen heeft. Hiervoor moet je opzoeken in welke hoofdgroep zuurstof zit, want het nummer van de hoofdgroep komt precies overeen met het aantal valentie-elektronen. Zuurstof zit in de zesde hoofdgroep en heeft dus ook zes buitenste elektronen.

Deze regel geldt voor alle elementen van de hoofdgroep. De enige uitzondering is helium.
Het zit in de achtste hoofdgroep, maar het heeft slechts 2 valentie-elektronen. Dit komt omdat het in totaal slechts 2 elektronen heeft. Valentie-elektronen zijn belangrijk voor de vorming van bindingen tussen twee of meer atomen. Als valentie-elektronen betrokken zijn bij een binding, worden ze ook bindingselektronen genoemd.

Een element kan theoretisch evenveel bindingen vormen als het valentie-elektronen heeft, maar het kan ook minder bindingen vormen.
Het aantal valentie-elektronen komt dus niet noodzakelijk overeen met het aantal bindingselektronen.

Voorbeeld: Het element chloor. Chloor zit in de zevende hoofdgroep en heeft dus zeven buitenste elektronen. Als het voorkomt in het molecuul perchloorzuur, dan zijn alle zeven buitenste elektronen ook daadwerkelijk betrokken bij een binding. In dit geval komt het aantal valentie-elektronen overeen met het aantal bindingselektronen.

Echter, chloor kan ook een binding vormen met waterstof, ze kunnen bijvoorbeeld samen zoutzuur vormen. Dan is slechts één van de 7 buitenste elektronen betrokken bij de binding. Het aantal bindingselektronen is dus 1. Hier wordt een zogenaamde elektronenpaarbinding gevormd. Beide atomen delen als het ware de elektronen van hun binding. Je kunt dan zeggen dat chloor acht valentie-elektronen heeft in plaats van zeven, wat leidt tot een stabiele toestand. Dit kun je rechtvaardigen met de octetregel.