Inom kemi är bivalent en äldre term för divalent, vilket betyder en atom eller jon med valensen två. Valens hänvisar till antalet kovalenta bindningar som atomen eller jonen kan bilda med andra atomer. Kovalenta bindningar bildas genom delning av elektroner i det yttersta valensskalet eller omloppsbanan för en atom, så en bivalent atom eller jon har, per definition, två valenselektroner att bilda bindningar med. Bivalenta anjoner och katjoner – joner med negativa respektive positiva laddningar – är viktiga i många biologiska system, inklusive mänsklig metabolism.
Elektroner kan visualiseras som kretsar kring en atoms kärna i en serie skal, som vart och ett bara kan hålla ett visst antal elektroner innan det fylls. Skalen närmare kärnan fylls först. När atomer reagerar med varandra har de en tendens att binda sig på ett sådant sätt att de fyller deras yttersta, eller valens, skal av elektroner. I nästan varje fall består ett fullt valensskal av åtta elektroner – samma valenskonfiguration som element i ädelgasfamiljen, den sista vertikala kolumnen i det periodiska systemet för element. Tendensen för atomer att vinna eller förlora elektroner från andra atomer för att nå denna stabila valensoktett kallas oktettregeln.
Bivalenta element har två valenselektroner, så det enklaste sättet för dem att uppnå en hel oktett valensskal är att förlora de två yttre elektronerna och lämna skalet under fyllt 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 det periodiska systemet visas kemiska grundämnen med samma valenselektronkonfiguration i samma grupp eller vertikal kolumn. Medlemmar av varje grupp tenderar att reagera kemiskt på ett liknande sätt på grund av deras gemensamma antal valenselektroner. Grundämnen med två valenselektroner finns i grupp 2 och inkluderar beryllium, magnesium, kalcium, strontium och barium. Vissa övergångsmetaller, såsom järn och mangan, kan också förekomma i denna form.
Bivalenta joner är ofta också viktiga inom kemi. När en atom förlorar sina två valenselektroner men inte binder kovalent, blir den en positivt laddad jon, eller katjon. På samma sätt sägs en atom som får elektroner från sitt neutrala tillstånd vara en anjon. Till exempel har sulfid, en tvåvärd anjon, en negativ laddning på två – den har två fler elektroner än protoner. Magnesium och kalcium, som vanligtvis bildar tvåvärda katjoner, har båda en positiv laddning på två.
Kalcium- och magnesiumkatjoner finns ofta i hårt vatten, vatten med hög mineralhalt. De spelar också en stor roll i biologiska processer. Kalciumkatjoner binder till exempel till proteiner i celler och fungerar som budbärare i signaltransduktion – med andra ord, de stimulerar händelser i cellen. De är också avgörande som en strukturell komponent i växternas cellväggar och för att aktivera muskelkontraktion hos djur.