Jupiterimages/Photos.com/Getty Images
Energisatta elektroner måste avge överskottsenergi för att sedimentera i ett lägre, stabilt tillstånd. Det frigörandet manifesterar sig som fotoner – ljus. Atomemissionsspektra är därför en karta över elektroner som glider tillbaka till lägre energinivåer. Kvantmekaniken dikterar att elektroner bara kan absorbera eller avge specifika, diskreta energikvanta. Varje elements unika orbitalkonfiguration styr våglängderna, och därmed färgerna, på dess emissionslinjer.
Medan den makroskopiska världen följer kontinuerliga, deterministiska lagar, styrs det mikroskopiska riket av diskreta tillstånd och sannolikhet. Elektroner upptar distinkta energinivåer utan mellanliggande tillstånd. När den är exciterad, hoppar en elektron omedelbart till en högre nivå; när den slappnar av avger den en foton vars energi är lika med gapet mellan de två nivåerna. Till skillnad från en stadigt brinnande eld, som avger energi gradvis, släpper en elektron sin energi på en gång.
Energi från ljus finns i paket som kallas fotoner. Fotoner har olika energier som motsvarar olika våglängder. Därför återspeglar färgen på emissionslinjer mängden energi som frigörs av en elektron. Denna energi förändras beroende på atomens omloppsstruktur och energinivåerna för dess elektroner. Högre energier motsvarar våglängder mot den kortare, blå änden av det synliga ljusspektrumet.
När ljus passerar genom atomer kan dessa atomer absorbera en del av ljusets energi. Ett absorptionsspektrum visar oss vilka våglängder av ljus som absorberades av en viss gas. Ett absorptionsspektrum ser ut som ett kontinuerligt spektrum, eller regnbåge, med några svarta linjer. Dessa svarta linjer representerar fotonenergier som absorberas av elektroner i gasen. När vi ser utsläppsspektrumet för motsvarande gas, kommer det att visa det omvända; emissionsspektrumet kommer att vara svart överallt förutom fotonenergierna som det tidigare absorberade.
Emissionsspektra kan ha ett stort antal linjer. Antalet linjer är inte lika med antalet elektroner i en atom. Till exempel har väte en elektron, men dess emissionsspektrum visar många linjer. Istället representerar varje emissionslinje ett annat hopp i energi som en elektron i en atom kan göra. När vi exponerar en gas för fotoner av alla våglängder kan varje elektron i gasen absorbera en foton med exakt rätt energi för att excitera den till nästa möjliga energinivå. Följaktligen representerar fotonerna i ett emissionsspektrum en mängd olika möjliga energinivåer.
