Estructura atómica y números cuánticos

a) No son posibles la 1) ni la 2).

Configuración 1) $1s^2\,2s^2\,2p^7$: el subnivel $p$ consta de tres orbitales ($p_x$, $p_y$, $p_z$) y en cada uno caben como máximo dos electrones con espines opuestos. El máximo es, por tanto, $3 \times 2 = 6$ electrones; siete es imposible, porque dos de ellos tendrían los cuatro números cuánticos iguales, violando el principio de exclusión de Pauli.

Configuración 2) $1s^2\,2s^3$: el subnivel $s$ tiene un solo orbital, así que su capacidad máxima es de 2 electrones. Tres es igualmente imposible, por la misma razón.

Las configuraciones 3) y 4) sí son correctas.

b) Iones más probables.

Configuración 3) ($9\ e^-$, flúor): su capa de valencia $2s^2\,2p^5$ tiene 7 electrones; le falta uno para completar el octeto. Captándolo:$$\text{F} + e^- \longrightarrow \text{F}^-: \; 1s^2\,2s^2\,2p^6 = [\text{Ne}] \qquad\Longrightarrow\qquad \text{estado de oxidación } \mathbf{-1}$$Al ser el elemento más electronegativo de la tabla, ganar un electrón le resulta especialmente favorable.

Configuración 4) ($11\ e^-$, sodio): tiene un solo electrón de valencia en el orbital $3s$. Perderlo cuesta poco y lo deja con configuración de gas noble:$$\text{Na} \longrightarrow \text{Na}^+ + e^-: \; 1s^2\,2s^2\,2p^6 = [\text{Ne}] \qquad\Longrightarrow\qquad \text{estado de oxidación } \mathbf{+1}$$c) Identificación y posición.

Configuración 3): $Z = 9$, flúor. El mayor número cuántico principal es $n = 2$ (período 2) y tiene 7 electrones de valencia en el bloque $p$ (grupo 17, halógenos).

Configuración 4): $Z = 11$, sodio. El mayor $n$ es 3 (período 3) y tiene 1 electrón de valencia en un orbital $s$ (grupo 1, metales alcalinos).

Los dos iones resultantes, $\text{F}^-$ y $\text{Na}^+$, son isoelectrónicos con el neón: ambos alcanzan la misma configuración estable por caminos opuestos.