Vad är en tvåvärd inom kemi?

I kemi är bivalent en äldre term för divalent, vilket betyder en atom eller jon med en valens av två. Valens avser antalet kovalenta bindningar som atomen eller jonen kan bilda med andra atomer. Kovalenta bindningar bildas genom delning av elektroner i det yttersta valensskalet eller en bana i en atom, så en tvåvärd atom eller jon har per definition två valenselektroner med vilka bindningar kan bildas. Bivalenta anjoner och katjoner - joner med respektive negativa och positiva laddningar - är viktiga i många biologiska system, inklusive människans metabolism.

Elektroner kan visualiseras som kretsar kring en atomkärnan i en serie skal, som var och en bara kan innehålla ett visst antal elektroner innan den fylls. Skalna närmare kärnan fylls först. När atomer reagerar med varandra har de en tendens att binda på ett sådant sätt att de fyller deras yttersta eller valensskal av elektroner. I nästan alla fall består ett fullt valensskal av åtta elektroner - samma valenskonfiguration som element i ädelgasfamiljen, den sista vertikala kolumnen på det periodiska elementet. Tendensen för atomer att få eller förlora elektroner från andra atomer för att nå denna stabila valensoktett kallas oktetregeln.

Bivalenta element har två valenselektroner, så det enklaste sättet för dem att uppnå ett full octetvalensskal är att förlora de två yttre elektronerna och lämna skalet under det fyllda istället. Till exempel, när magnesium, som har två valenselektroner, binder till syre, som har sex valenselektroner, får syreatomen de två elektronerna från magnesium för att fylla sin oktett. Detta bildar föreningen MgO, magnesiumoxid.

I den periodiska tabellen visas kemiska element med samma valenselektronkonfiguration i samma grupp eller vertikal kolumn. Medlemmar i varje grupp tenderar att reagera kemiskt på liknande sätt på grund av deras vanliga antal valenselektroner. Element med två valenselektroner finns i grupp 2 och inkluderar beryllium, magnesium, kalcium, strontium och barium. Vissa övergångsmetaller, som järn och mangan, kan också existera i denna form.

Bivalenta joner är ofta också viktiga i kemi. När en atom tappar sina två valenselektroner men inte binder kovalent blir den en positivt laddad jon eller katjon. På liknande sätt sägs en atom som får elektroner från dess neutrala tillstånd vara en anjon. Till exempel har sulfid, en bivalent anjon, en negativ laddning på två - den har två fler elektroner än protoner. Magnesium och kalcium, som vanligtvis bildar tvåvärdiga katjoner, har var och en en positiv laddning av två.

Kalcium- och magnesiumkatjoner finns ofta i hårt vatten, vatten med högt mineralinnehåll. De spelar också en viktig roll i biologiska processer. Kalciumkatjoner binder till exempel till proteiner i celler och fungerar som budbärare vid signalöverföring - med andra ord, de stimulerar händelser i cellen. De är också avgörande som en strukturell komponent i växtcellväggar och för att aktivera muskelkontraktion hos djur.