a) Los números cuánticos n, l, ml y ms describen el estado de un electrón en un átomo. El número cuántico principal n define el nivel de energía y el tamaño del orbital, tomando valores enteros positivos (1,2,3,...). El número cuántico de momento angular l define la forma del orbital, y sus valores posibles están en el rango de 0 a n−1. Para l=0 tenemos orbitales s, para l=1 orbitales p, para l=2 orbitales d y para l=3 orbitales f. El número cuántico magnético ml define la orientación del orbital en el espacio, con valores posibles de −l a +l, incluyendo el 0. Finalmente, el número cuántico de espín ms describe el sentido de giro del electrón y solo puede tomar los valores +1/2 o −1/2.Analizando la primera combinación (2,0,3,−1/2):El valor de n=2 es posible. El valor de l=0 es posible, ya que l debe ser menor o igual que n−1, es decir, 0≤2−1⇒0≤1. Sin embargo, para l=0, el valor de ml solo puede ser 0. El valor ml=3 no es posible. El valor de ms=−1/2 es posible. Por lo tanto, la combinación (2,0,3,−1/2) no es posible.Analizando la segunda combinación (3,1,−1,−1/2):El valor de n=3 es posible. El valor de l=1 es posible, ya que l debe ser menor o igual que n−1, es decir, 1≤3−1⇒1≤2. Para l=1, los valores posibles de ml son −1,0,+1. El valor ml=−1 es posible. El valor de ms=−1/2 es posible. Por lo tanto, la combinación (3,1,−1,−1/2) sí es posible.
b) Para el elemento X con Z=20 (Calcio, Ca), su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p64s2. Para el elemento Y con Z=25 (Manganeso, Mn), su configuración electrónica es 1s22s22p63s23p63d54s2.c) El elemento X (Ca, Z=20) tiene una configuración electrónica [Ar]4s2. El elemento Y (Mn, Z=25) tiene una configuración electrónica [Ar]3d54s2. Ambos elementos pertenecen al mismo periodo (periodo 4) porque su nivel de energía más alto ocupado por electrones de valencia es n=4.Al comparar elementos en el mismo periodo de la tabla periódica, el radio atómico tiende a disminuir de izquierda a derecha. A medida que se avanza en un periodo, la carga nuclear (Z) aumenta (Z=20 para X y Z=25 para Y). Aunque el número de electrones de apantallamiento (S) también aumenta ligeramente por los electrones 3d, el aumento de la carga nuclear es más significativo, lo que conlleva un incremento de la carga nuclear efectiva (Zef) experimentada por los electrones de valencia. Esta mayor atracción entre el núcleo y los electrones de la capa más externa provoca una contracción de la nube electrónica, reduciendo así el radio atómico.Por lo tanto, el elemento X (Ca) tendrá un radio atómico mayor que el elemento Y (Mn).