Los números cuánticos definen el estado energético y la región de probabilidad de encontrar un electrón en un átomo. El número cuántico principal ($n$) indica el nivel de energía y toma valores enteros positivos ($n = 1, 2, 3...$). El número cuántico secundario o azimutal ($l$) determina la forma del orbital y toma valores desde $0$ hasta $n-1$; los valores $0, 1, 2, 3$ corresponden a los orbitales $s, p, d, f$ respectivamente. El número cuántico magnético ($m_l$) indica la orientación espacial del orbital y toma valores desde $-l$ hasta $+l$. El número cuántico de espín ($m_s$) describe el giro del electrón y puede ser $+1/2$ o $-1/2$.

La capa de valencia es el nivel de energía más externo ocupado por los electrones, que en este caso corresponde a $n = 3$. Sumando los electrones presentes en los orbitales de este nivel ($3s$ y $3p$), el átomo de fósforo tiene un total de 5 electrones en su capa de valencia.

Para determinar los electrones desapareados se analiza el subnivel incompleto $3d$. Según la Regla de Máxima Multiplicidad de Hund, los electrones deben ocupar el mayor número de orbitales posibles con espines paralelos antes de completarlos con un segundo electrón. En el subnivel $3d$ hay 5 orbitales; al distribuir 6 electrones, se coloca uno en cada orbital (5 electrones desapareados) y el sexto electrón se aparea en el primer orbital. Por tanto, el átomo de hierro tiene 4 electrones desapareados.