Energizirani elektroni morajo sprostiti energijo, da se vrnejo v stabilno stanje. Ko se to sprostitev zgodi, se pojavi v obliki svetlobe. Zato spektri atomskih emisij predstavljajo elektrone v atomu, ki se vračajo na nižje ravni energije. Zaradi narave kvantne fizike lahko elektroni absorbirajo in oddajajo samo posebne, diskretne energije. Vsak element ima značilno razporeditev elektronskih orbital in energij, ki narekujejo, kakšne barve bodo emisijske črte.
Kvantni svet
Medtem ko veliko stvari, ki jih zaznamo, narekuje klasična, neprekinjena mehanika, atomski svet narekujeta diskontinuiteta in verjetnost. Elektroni v atomu obstajajo na diskretnih nivojih energije brez vmesne poti. Če je elektron navdušen na novo energijsko raven, ta hip takoj skoči na to raven. Ko se elektroni vrnejo na nižjo raven energije, sproščajo energijo v kvantiziranih paketih. Temu lahko primerjate ogenj, ki počasi izgori. Goreči ogenj neprekinjeno oddaja energijo, ko se ohladi in sčasoma izgori. Po drugi strani pa elektron v trenutku odda vso svojo energijo in skoči na nižjo raven energije, ne da bi šel skozi prehodno stanje.
Kaj določa barvo črt v emisijskem spektru?
Energija iz svetlobe obstaja v paketih, imenovanih fotoni. Fotoni imajo različne energije, ki ustrezajo različnim valovnim dolžinam. Zato barva emisijskih linij odraža količino energije, ki jo sprosti elektron. Ta energija se spreminja glede na orbitalno strukturo atoma in raven energije njegovih elektronov. Višje energije ustrezajo valovnim dolžinam proti krajšemu modremu koncu spektra vidne svetlobe.
Emisijske in absorpcijske črte
Ko svetloba prehaja skozi atome, lahko ti atomi absorbirajo nekaj svetlobne energije. Absorpcijski spekter nam pokaže, katero valovno dolžino svetlobe je absorbiral določen plin. Absorpcijski spekter je videti kot neprekinjen spekter ali mavrica z nekaj črnimi črtami. Te črne črte predstavljajo energijo fotonov, ki jo absorbirajo elektroni v plinu. Ko si ogledamo emisijski spekter za ustrezen plin, bo prikazal obratno; emisijski spekter bo povsod črn, razen energij fotonov, ki jih je prej absorbiral.
Kaj določa število vrstic?
Emisijski spektri imajo lahko veliko število vrstic. Število vrstic ni enako številu elektronov v atomu. Na primer, vodik ima en elektron, vendar njegov emisijski spekter kaže veliko črt. Namesto tega vsaka emisijska črta predstavlja drugačen skok energije, ki bi ga lahko naredil elektron atoma. Ko plin izpostavimo fotonom vseh valovnih dolžin, lahko vsak elektron v plinu absorbira foton s točno pravo energijo, da ga vzbudi v naslednjo možno raven energije. Zato fotoni emisijskega spektra predstavljajo različne možne ravni energije.