Это связано с принципом Паули - в соответствии с ним в одной орбитали могут находиться не более двух электронов с противоположным спином. Поэтому сначала заполняется один электрон вакантной орбитали, а затем второй электрон может занять это же место, но с противоположным спином.

Увеличение заряда ядра ведет к увеличению притяжения электронов к ядру, что сокращает размеры атома. При этом количество протонов в ядре увеличивается, но количество электронов остается примерно тем же, что также влияет на размеры атомов.

В первом и втором периодах шеллы заполняются по порядку, и с увеличением заряда ядра электроны притягиваются к ядру сильнее, что приводит к уменьшению размеров атомов. Размеры атомов в каждом периоде уменьшаются из-за увеличения заряда ядра и увеличения числа протонов.