a) Los elementos cuyo ion más estable se forma mediante la pérdida de un electrón pertenecen al grupo 1 del sistema periódico (metales alcalinos). Estos elementos presentan una configuración electrónica en su capa de valencia del tipo ns1.En estos átomos, el único electrón de valencia se encuentra en un nivel de energía superior, alejado del núcleo. Este electrón experimenta una carga nuclear efectiva (Zef) muy baja debido al elevado efecto de apantallamiento (S) de los electrones de las capas internas. Al perder dicho electrón, el átomo alcanza la configuración electrónica de gas noble (ns2np6), adquiriendo una gran estabilidad al completar sus niveles de energía.
b) Los números cuánticos describen el estado energético y la ubicación probable de un electrón: el número cuántico principal (n) define el nivel de energía y el tamaño del orbital (n=1,2,3...); el número cuántico secundario o azimutal (l) indica la forma del orbital (l desde 0 hasta n−1, con s=0,p=1,d=2,f=3); el número cuántico magnético (ml) determina la orientación espacial (−l…0…+l); y el número cuántico de espín (ms) indica el sentido de rotación intrínseco del electrón (+1/2 o −1/2).Para un orbital 5d, el nivel de energía es n=5 y, al tratarse de un orbital de tipo d, el número cuántico secundario es l=2. Un posible conjunto de números cuánticos para un electrón en este orbital es:
(5,2,0,+1/2) c) El orden de energía de los orbitales se establece mediante el principio de Aufbau y la regla de Madelung (n+l). La energía de un orbital es mayor cuanto mayor es la suma de sus números cuánticos principal (n) y secundario (l). En caso de empate en el valor de n+l, el orbital con el número cuántico principal (n) más elevado posee mayor energía.Calculamos el valor de n+l para cada uno de los grupos proporcionados:
1. (4,0,0,+1/2)→ orbital 4s→n+l=4+0=4.
2. (3,2,1,−1/2)→ orbital 3d→n+l=3+2=5.
3. (2,1,0,+1/2)→ orbital 2p→n+l=2+1=3.
4. (4,1,0,+1/2)→ orbital 4p→n+l=4+1=5.Siguiendo los criterios de energía creciente, el orbital con menor energía es el 2p (n+l=3), seguido del 4s (n+l=4). Para los orbitales 3d y 4p, ambos tienen una suma de n+l=5, por lo que el 3d tiene menor energía al tener un valor de n menor (n=3) frente al 4p (n=4).
(2,1,0,+1/2)<(4,0,0,+1/2)<(3,2,1,−1/2)<(4,1,0,+1/2)