Widma emisji

Kiedy atom pochłania energię, elektrony zostają wzbudzone i przenoszą się na wyższy poziom energetyczny. Gdy elektrony rozluźniają się do niższego stanu energetycznego lub do stanu podstawowego, nadmiar energii jest uwalniany w postaci fotonu.

Długość fali pochłanianego i emitowanego światła zależy od różnicy między wysokim i niskim poziomem energii. Światło emitowane o wysokiej energii wynika ze zrelaksowania się elektronów z wyższego poziomu energetycznego, a światło emitowane o niskiej energii wynika ze zrelaksowania elektronów z niższego poziomu energetycznego.

Widmo emisyjne jest miarą emitowanego promieniowania w zakresie długości fal. W przypadku czystych gatunków pierwiastkowych zachowanie emisyjne pojawia się jako linie o określonych długościach fal, a nie w szerokim spektrum. Jest to widmo emisyjne dla wodoru.

Zestaw linii widmowych w obszarze światła widzialnego jest znany jako seria Balmera. Występuje, gdy elektrony przechodzą z poziomu energii wyższego niż n = 3 z powrotem w dół do n = 2. 

Widmo światła widzialnego pojawia się jako linie widmowe przy 410, 434, 486 i 656 nm, które odpowiadają przemianom poziomów energetycznych odpowiednio od n = 3, 4, 5 i 6 do n = 2.  Dodatkowe linie widmowe mogą być mierzone poza zakresem widzialnym, takie jak seria Lymana w zakresie UV i seria Paschen w obszarze podczerwieni.

Długości fal linii widmowych wodoru można przewidzieć za pomocą wyrażenia matematycznego, gdzie R_H jest stałą Rydberga, n₁ jest główną liczbą kwantową niższego poziomu energii, a n₂ jest główną liczbą kwantową dla wyższego poziomu energii. Dla serii Balmera n₁ = 2.

Ponieważ różne atomy mają różne poziomy energetyczne, widmowe linie emisyjne różnią się w zależności od pierwiastka i są wykorzystywane do identyfikacji substancji.

Odwrotnością widma emisyjnego jest jego widmo absorpcyjne. Patrząc na wodór, linie w jego widmie absorpcyjnym znajdują się na tych samych długościach fal jego widma emisyjnego, ale są ciemne. Są to długości fal światła, które są pochłaniane przez atom wodoru, gdy jest on wystawiony na ciągłe widmo światła białego.