Para describir la distribución de los electrones alrededor del núcleo atómico, los físicos utilizan una notación histórica simple: las capas electrónicas K, L, M, N, O, P y Q. Esta notación fue introducida a principios del siglo XX por el físico Charles Barkla (1877-1944) durante el estudio de los rayos X. Esta notación permite visualizar rápidamente cómo se distribuyen los electrones por niveles de energía crecientes, desde la capa más cercana al núcleo (K) hasta las capas externas.
Cada letra corresponde a un número cuántico principal n:
Capa K: n = 1 (primera capa, la más cercana al núcleo)
Capa L: n = 2 (segunda capa)
Capa M: n = 3 (tercera capa)
Capa N: n = 4 (cuarta capa)
Capa O: n = 5 (quinta capa)
Capa P: n = 6 (sexta capa)
Capa Q: n = 7 (séptima capa)
Cada capa puede contener un número máximo de electrones definido por la fórmula 2n²:
Capa K (n=1): máximo 2 electrones (2 × 1² = 2)
Capa L (n=2): máximo 8 electrones (2 × 2² = 8)
Capa M (n=3): máximo 18 electrones (2 × 3² = 18)
Capa N (n=4): máximo 32 electrones (2 × 4² = 32) → El uranio lo alcanza: K(2) L(8) M(18) N(32)
Capa O (n=5): máximo 50 electrones (2 × 5² = 50) → Nunca alcanzado (el uranio solo tiene 21 electrones en O)
Capa P (n=6): máximo 72 electrones (2 × 6² = 72) → Nunca alcanzado
Capa Q (n=7): máximo 98 electrones (2 × 7² = 98) → Nunca alcanzado
N.B.:
En la práctica, ningún elemento conocido llena completamente las capas más allá de N. El elemento natural más pesado, el uranio (Z=92), tiene la configuración K(2) L(8) M(18) N(32) O(21) P(9) Q(2). El elemento sintético más pesado confirmado, el oganesón (Z=118), tiene la configuración K(2) L(8) M(18) N(32) O(32) P(18) Q(8).
Cada capa está dividida en subcapas designadas por las letras s, p, d, f:
Subcapa s: puede contener hasta 2 electrones (1 orbital)
Subcapa p: puede contener hasta 6 electrones (3 orbitales)
Subcapa d: puede contener hasta 10 electrones (5 orbitales)
Subcapa f: puede contener hasta 14 electrones (7 orbitales)
Capa K (n=1): contiene solo 1s (2 electrones máx.)
Capa L (n=2): contiene 2s y 2p (2 + 6 = 8 electrones máx.)
Capa M (n=3): contiene 3s, 3p y 3d (2 + 6 + 10 = 18 electrones máx.)
Capa N (n=4): contiene 4s, 4p, 4d y 4f (2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones máx.)
Capa O (n=5): contiene 5s, 5p, 5d y 5f (2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones máx. teóricos, aunque la subcapa 5g teórica no existe en los elementos conocidos)
Capa P (n=6): contiene 6s, 6p, 6d y 6f (2 + 6 + 10 + 14 = 32 electrones máx. para las subcapas conocidas)
Capa Q (n=7): contiene 7s, 7p y potencialmente 7d (solo se observan electrones 7s y 7p en los elementos conocidos)
Esta notación indica el número total de electrones presentes en cada capa, sin detallar las subcapas. Es particularmente útil para visualizar rápidamente la distribución electrónica global de un átomo.
Helio (2 electrones): 1s² → K(2)
La capa K está completa y saturada.
Neón (10 electrones): 1s² 2s² 2p⁶ → K(2) L(8)
Las capas K y L están completas y saturadas.
Sodio (11 electrones): 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ → K(2) L(8) M(1)
Las capas K y L están completas, la capa M contiene solo 1 electrón de 18 posibles.
Argón (18 electrones): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ → K(2) L(8) M(8)
Las capas K y L están completas. La capa M contiene 8 electrones pero no está completa (las subcapas 3s y 3p están saturadas, pero 3d permanece vacía).
Calcio (20 electrones): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² → K(2) L(8) M(8) N(2)
Observe que la subcapa 4s se llena antes que la 3d, lo que explica por qué la capa M permanece con 8 electrones.
Titanio (22 electrones): 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d² 4s² → K(2) L(8) M(10) N(2)
La capa M comienza a llenarse con los electrones 3d.
El orden de llenado no sigue estrictamente el orden de las capas K, L, M, N... debido a los niveles de energía de las subcapas. El orden general es:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → 5s → 4d → 5p → 6s → 4f → 5d → 6p → 7s → 5f → 6d...
Este principio explica por qué, por ejemplo, el potasio (19 electrones) tiene la configuración K(2) L(8) M(8) N(1): el electrón 19 va a 4s en lugar de 3d porque la subcapa 4s tiene menor energía que 3d.
La notación K, L, M, N, O, P, Q permite:
• Visualizar rápidamente la estructura electrónica global de un átomo
• Identificar fácilmente la capa de valencia (capa externa)
• Comprender las propiedades químicas relacionadas con los electrones de valencia
• Explicar la clasificación de los elementos en la tabla periódica
• Predecir los estados de oxidación y la reactividad química de los elementos
