Estructura atómica y números cuánticos

a) Conjuntos de números cuánticos.

a1) $(2, -1, 0)$: no es posible. El número cuántico secundario no puede ser negativo: con $n = 2$, $l$ solo puede valer $0$ o $1$.

a2) $(4, 2, 2)$: sí es posible. Con $n = 4$, $l$ puede valer $0, 1, 2, 3$, y con $l = 2$, $m_l$ puede valer $-2, -1, 0, +1, +2$.

• Subnivel: $n = 4$ y $l = 2$ → $4d$.
• El subnivel $d$ tiene $2l + 1 = 5$ orbitales, así que puede alojar 10 electrones.
• En el orbital $(4, 2, 2)$ caben dos electrones, con espines opuestos:

$$\left(4,\ 2,\ 2,\ +\tfrac12\right) \qquad \left(4,\ 2,\ 2,\ -\tfrac12\right)$$b) Energía de ionización de B, C y N.

La energía de ionización (primera) es la energía mínima necesaria para arrancar el electrón más débilmente unido de un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental:$$\text{X}(g) \longrightarrow \text{X}^+(g) + e^-$$Configuraciones electrónicas:$$\text{B}\ (Z = 5):\ 1s^2\,2s^2\,2p^1 \qquad \text{C}\ (Z = 6):\ 1s^2\,2s^2\,2p^2 \qquad \text{N}\ (Z = 7):\ 1s^2\,2s^2\,2p^3$$Los tres están en el periodo 2 y su electrón más externo es un $2p$. De B a N aumenta la carga nuclear en una unidad cada vez, mientras que el electrón que se añade, en la misma capa, apantalla poco: crece la carga nuclear efectiva y disminuye el radio. El electrón externo está cada vez más atraído y cuesta más arrancarlo. Además, el nitrógeno tiene el subnivel $2p$ semilleno ($2p^3$), una configuración especialmente estable.$$EI(\text{N}) > EI(\text{C}) > EI(\text{B})$$(Valores reales: $1402$, $1086$ y $801\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$.)