原子番号が１つあがると原子半径が3倍になるのはなぜ

質問

ヘリウムから原子番号がひとつあがると原子半径がいきなり3倍近くに大きくなります。これはなぜでしょう？　
ほかにもネオン、アルゴンといった希ガス類から１つ原子番号が増えても、原子半径が急に大きくなります。不思議です。

回答No.3

hue2011

No.１ですけど、補足を読んでちょっと情けない。

ちょっとは考えましょうよ。

ベリリウムというのはリチウムの次ですね。ヘリウムで最初の起動が満杯になったあとでもうひとつ電子を積まなければならないから外に軌道つくったんですね。
それは最初の起動からいえばこぶみたいなもので、いわば安定的にいえば余計ものです。不安定です。

そこにもうひとつ電子を乗せたら、全体は沈みませんか。

おぼんに饅頭を乗っけっていると思ってください。最初のお盆が満杯になったんでその上にまたおぼんを乗せます。からのお盆だったら饅頭の上にポンと浮かんでいるだけです。そこにひとつ饅頭を乗せます。高さは一つの饅頭の倍ぐらいになっているでしょうけど、また一つ饅頭を乗せたら全体の重みで沈むのが普通ですね。
原子核と電子の間には引力があるんですよ。

ときに、周期律表の一番左側にいるのはどちらかというと「危ない原子」ですね。金属ナトリウムなんて、間違って水に落としたら暴発で命の危険があります。理由は不安定だからです。

一番右側が「不活性元素」と言われているのは原子核と電子がバランスしていて、決して暴れない元素だからです。

おぼんにびっしり饅頭を埋めたら安定して持ち歩けますけど、一番上にひとつだけ乗っているなんていう状況だと、ころころ転がるかもしれないし、傾いて自分がつまづくかもしれません。そういう想像力を持っていただけるといいんですが。

補足

確かにパウリの排他律などを金科玉条として考えればそうなるでしょうけど、そもそもの疑問は、ヘリウムからリチウムに１つ陽子と中性子が増えるだけで、なぜ原子半径が3倍に成るかです。原子核と電子の間の引力を認めましたが、ではなぜ軌道上の電子は原子核に落下しないのですか？　これは量子力学が成立した原因ですが、根本的な解決にはなっていません。都合のよいときだけ、原子核と電子の引力を持ち出すのはなぜでしょうか？

普通に考えるなら、原子核にマイナスの電荷が存在するから、軌道上の原子は反発して落ちない、となるのでは？　ただし、これはマクスウェルの電気力線とは矛盾するので、ファラデーまで遡って考える必要があります。原子核に含まれる電子を認めないと従来どおりの量子力学の解釈で、至る所に矛盾が出てきます。