In chimica, bivalente è un termine più antico per bivalente, che significa un atomo o uno ione con valenza due. La valenza si riferisce al numero di legami covalenti che l’atomo o lo ione possono formare con altri atomi. I legami covalenti si formano attraverso la condivisione di elettroni nel guscio di valenza più esterno o nell’orbita di un atomo, quindi un atomo o ione bivalente ha, per definizione, due elettroni di valenza con cui formare legami. Anioni e cationi bivalenti – ioni con rispettivamente carica negativa e positiva – sono importanti in molti sistemi biologici, compreso il metabolismo umano.
Gli elettroni possono essere visualizzati come orbitanti attorno al nucleo di un atomo in una serie di gusci, ognuno dei quali può contenere solo un certo numero di elettroni prima di essere riempito. I gusci più vicini al nucleo vengono riempiti per primi. Quando gli atomi reagiscono tra loro, hanno la tendenza a legarsi in modo tale da riempire il loro guscio di elettroni più esterno, o valenza. In quasi tutti i casi, un guscio di valenza completo è costituito da otto elettroni, la stessa configurazione di valenza degli elementi della famiglia dei gas nobili, l’ultima colonna verticale della tavola periodica degli elementi. La tendenza degli atomi a guadagnare o perdere elettroni da altri atomi per raggiungere questo ottetto di valenza stabile è nota come regola dell’ottetto.
Gli elementi bivalenti hanno due elettroni di valenza, quindi il modo più semplice per ottenere un guscio di valenza di ottetto completo è perdere quei due elettroni esterni, lasciando invece il guscio sottostante pieno. Ad esempio, quando il magnesio, che ha due elettroni di valenza, si lega all’ossigeno, che ha sei elettroni di valenza, l’atomo di ossigeno guadagna i due elettroni dal magnesio per riempire il suo ottetto. Questo forma il composto MgO, ossido di magnesio.
Nella tavola periodica, gli elementi chimici con la stessa configurazione elettronica di valenza sono visualizzati nello stesso gruppo o colonna verticale. I membri di ciascun gruppo tendono a reagire chimicamente in modo simile a causa del loro numero comune di elettroni di valenza. Gli elementi con due elettroni di valenza si trovano nel gruppo 2 e includono berillio, magnesio, calcio, stronzio e bario. Alcuni metalli di transizione, come ferro e manganese, possono esistere anche in questa forma.
Gli ioni bivalenti sono spesso importanti anche in chimica. Quando un atomo perde i suoi due elettroni di valenza ma non si lega in modo covalente, diventa uno ione caricato positivamente, o catione. Allo stesso modo, un atomo che acquista elettroni dal suo stato neutro è detto anione. Ad esempio, il solfuro, un anione bivalente, ha una carica negativa di due: ha due elettroni in più rispetto ai protoni. Magnesio e calcio, che comunemente formano cationi bivalenti, hanno ciascuno una carica positiva di due.
I cationi di calcio e magnesio si trovano spesso nelle acque dure, acque ad alto contenuto di minerali. Svolgono anche un ruolo importante nei processi biologici. I cationi del calcio, ad esempio, si legano alle proteine nelle cellule e agiscono come messaggeri nella trasduzione del segnale, in altre parole stimolano eventi all’interno della cellula. Sono anche fondamentali come componente strutturale delle pareti cellulari delle piante e nell’attivazione della contrazione muscolare negli animali.