Pingestatud elektronid peavad oma stabiilsesse olekusse naasmiseks vabastama energiat. Kui see vabanemine toimub, toimub see valguse kujul. Seega esindavad aatomheitmete spektrid aatomi elektrone, mis naasevad madalamale energiatasemele. Kvantfüüsika olemuse tõttu suudavad elektronid neelata ja eraldada ainult spetsiifilisi, diskreetseid energiaid. Igal elemendil on elektronide orbitaalide ja energiate iseloomulik paigutus, mis dikteerib, mis värvi emissioonijooned saavad olema.
Kvantmaailm
Kui paljusid asju, mida tajume, dikteerib klassikaline pidev mehaanika, siis aatomimaailma dikteerib katkematus ja tõenäosus. Elektronid aatomis eksisteerivad diskreetsel energiatasandil ilma keskteeta. Kui elektron ergastub uuele energiatasemele, hüppab ta sellele tasemele silmapilkselt. Kui elektronid naasevad madalamale energiatasemele, vabastavad nad energiat kvantiseeritud pakettides. Selle saab vastandada tulele, mis aeglaselt läbi põleb. Põletav tuli eraldab jahtudes pidevalt energiat ja lõpuks läbi. Elektron seevastu kiirgab kogu oma energia silmapilkselt ja hüppab madalamale energiatasemele, läbimata siirdeseisundit.
Mis määrab joone värvi kiirgusspektris?
Valguse energia eksisteerib pakettides, mida nimetatakse footoniteks. Footonitel on erinevad energiad, mis vastavad erinevatele lainepikkustele. Seetõttu peegeldab emissioonijoonte värv elektroni eraldatud energia hulka. See energia muutub sõltuvalt aatomi orbiidistruktuurist ja selle elektronide energiatasemest. Suuremad energiad vastavad lainepikkustele nähtava valgusspektri lühema sinise otsa suunas.
Heite- ja neeldumisjooned
Kui valgus läbib aatomeid, võivad need aatomid neelata osa valguse energiast. Neeldumisspekter näitab meile, millise valguse lainepikkuse konkreetne gaas neelas. Neeldumisspekter näeb välja nagu pidev spekter ehk vikerkaar, millel on mõned mustad jooned. Need mustad jooned tähistavad footoni energiaid, mida elektronid neelavad gaasis. Kui vaatame vastava gaasi heitkoguste spektrit, kuvatakse see pöördvõrdeline; kiirgusspekter on kõikjal must, välja arvatud footoni energiad, mille see varem neelas.
Mis määrab ridade arvu?
Emissioonispektritel võib olla suur arv jooni. Joonte arv ei võrdu elektronide arvuga aatomis. Näiteks vesinikul on üks elektron, kuid selle kiirgusspekter näitab paljusid jooni. Selle asemel tähistab iga emissiooniliin erinevat energiahüpet, mille aatomi elektron võiks teha. Kui me eksponeerime gaasi kõigi lainepikkustega footonitele, võib iga gaasis olev elektron neelata täpselt õige energiaga footoni, et ergastada see järgmisele võimalikule energiatasemele. Seega esindavad emissioonispektri footonid mitmesuguseid võimalikke energiatasemeid.