α)Έχεις 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 (μετά τα 3p τροχιακά συμπληρώνονται τα 4s) 4s1. Άρα ο ελάχιστος ατομικός αριθμός είναι ο 19.
Το να βρεις το μέγιστο για κυριο κβαντικό αριθμό μεγαλύτερο του 3 είναι αρκετά πολύπλοκο και έξω από τα πλαίσια του λυκείου.
Εν πάσει περιπτώσει η δομή του τελευταίου στοιχείου που συμπληρώνει τροχιακό με κύριο κβ. αριθμό 4 είναι το στοιχείο με ατομικό αριθμό 70.
Για κ.κ.α.=4 έχουμε μέχρι και f τροχιακά.
Τα τροχιακά συμπληρώνονται με τη σειρά ως εξής (
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/11/Electron_orbitals.svg):
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d κλπ.
Γενικώς ισχύει ότι η ενέργεια ενός τροχιακού είναι περίπου ανάλογη με το άθροισμα των κβ. αριθμών n και l με τον n να παίζει κάπως σημαντικότερο ρόλο.
Ακολουθώντας αυτόν τον κανόνα έχουμε ότι μέχρι και το 6s τα συμπληρώνουμε όλα (αφού εμείς θέλουμε να καλύψουμε ΚΑΙ όλα τα 4f).
Τα 4f και 5d έχουν n+l ίσο με 4+3=5+2=7, άρα τα τροχιακά έχουν περίπου την ίδια ενέργεια και συνεπώς είναι δύσκολο να ξέρουμε ποιο από τα δύο έχει μικρότερη ενέργεια με κάθε ηλεκτρόνιο που προσθέτουμε. Θα μπορούσαμε ωστόσο να σκεφτούμε ότι επειδή τα 4f έχουν μικρότερο n θα συμπληρώνονται πρώτα. Αυτό ΔΕΝ ισχύει πάντα μέχρι να συμπληρωθούν τα 4f, αλλά είναι ο κανόνας. Επίσης ξέρουμε ότι τα συμπληρωμένα και ημισυμπληρωμένα τροχιακά έχουν χαμηλότερη ενέργεια. Άρα μπορεί να μην ξέρουμε πως συμπλρώνονται άτομα με ενδιάμεσο ατομικό αριθμό, αλλά όταν συμπληρωθούν τα 4f δε θα έχουμε ούτε ένα e- στα 5d γιατί αν υπάρχει έστω ένα θα πάει στα 4f για την πλήρη συμπλήρωση (ή την ημισυμπλήρωση).
Δεν μπορώ να πω τίποτε άλλο χωρίς να ξεφύγω κατά πολύ από τα πλαίσια του λυκείου.
β) 1) ένα. (4s1 βλ. πάνω)
2) τα l=1 είναι τα p άρα 6.
3) Πρώτα θα φύγει το 1 από το 4s και μετά άλλο ένα από τα 3p. Άρα 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5.
