Miért pont a nemesgáz szerkezet?

Egyrészt a szimmetriák miatt: magas rendű szimmetria a természetben is megfigyelhetően stabilabb, például egy felfújt lufi vagy egy vízcsepp gömb alakra törekvése.

Az s pálya (pontosabban orbitál) gömbszimmetrikus, a He atom 1s2. A 3 darab p orbitál hengerszimmetrikus a tér 3 irányában, ha mind fel van töltve az atomot magasabb szintű szimmetriára emeli: a Ne - Rn atomok s2p6.

Másrészt az elektronnak nemcsak az atomi (vagy molekula) orbitálon mozgásából eredően van impulzus nyomatéka, hanem van belső impulzus nyomatéka is (spinmomentuma), amit röviden spinnek hívnak, ezt jellemzi a spin kvantumszám (ami a Schrödinger egyenlet egyik paramétere), értéke +1/2 illetve -1/2.

Ha az elektronok spinje nincs kiegyenlítve, vagyis párosítatlan elektron van jelen, az alapesetben az atomot instabillá teszi. Bármilyen meglepő, az elektron is párosodni szeret, mint az ember :). A nemesgázok esetében az elektronok spinje teljes mértékben ki van egyenlítve.

Megjegyzem még hogy a nemesfém héj szerkezet is kiemelt stabilitású a Cu, Ag, Au esetében, ahol mind az 5 darab d orbitál fel van töltve.

Ez van a legalacsonyabb energiaszinten.

Ugyanaz a jelenség, mint amikor a labda a gödör alján szeret elhelyezkedni és nem áll meg valahol az oldalán.

Az a baj, hogy a konkrét válaszhoz le kellene írni, hogy hogyan működnek az elektronok, az elemi részecskékről meg tudjuk, hogy nem úgy viselkednek, ahogyan a nagy méretű dolgok: nem lehet még csak azt se mondani, hogy mozognak az atomban (nem teljesítik maradéktalanul azokat a fizikai következményeket, amik ezzel járnának), tehát be kellene vezetni az egész kvantumfizikát, hogy elmagyarázhassuk, hogy miért csak egy valószínűségi eloszlással lehet őket leírni, és milyen törvények szabályozzák a viselkedésüket.

És amikor visszafejtenéd, hogy hogyan következnek az alapvetőbb törvényekből az eletrononpályák, akkor eljutnál egy pár megfigyelésen alapuló szabályhoz, amikről csak annyit állíthatunk legfeljebb, hogy az elemi részecskék alapvető tulajdonságai, de a hogyanra, miértre vagy valami a priori okra nem tudunk újabb választ adni.

Amennyit értek belőle, hogy az atompályák feltöltődési mechanizmusa bizonyos alapelvekből következik:

Hund-szabályt: nagyobb összes spin stabilabbá teszi az atomot ("azonos energiaszintű alhéjakon a maximálisnál kevesebb számú elektron úgy helyezkedik el, hogy közülük a lehető legtöbb párosítatlanul, azonos spinnel kerül egy-egy pályára")

Pauli kizárási elv: elektronoknak (akárcsak bármilyen más félegész spinű részecskének) nem lehet ugyanaz a 4 kvantumszáma

Aufbau elv: mindig az alsóbb elektronhéjak töltődnek fel először

maguk a kvantumszámok pedig a Schrödinger-egyenlet megoldásához kapcsolhatók.

egyébként egy korábbi kérdés elmagyarázza a kvantumszámokat és a kapcsolatukat az elektronhéj méretekkel:

http://www.gyakorikerdesek.hu/tudomanyok__termeszettudomanyo..