Bekrachtigde elektronen moeten energie vrijgeven om terug te keren naar hun stabiele toestand. Wanneer deze uitgave plaatsvindt, vindt dit plaats in de vorm van licht. Daarom vertegenwoordigen atoomemissiespectra de elektronen in een atoom die terugkeren naar lagere energieniveaus. Vanwege de aard van de kwantumfysica kunnen elektronen alleen specifieke, afzonderlijke energieën absorberen en uitzenden. Elk element heeft een karakteristieke ordening van elektronenorbitalen en energieën die bepalen welke kleur de emissielijnen zullen zijn.
De Quantum Wereld

Terwijl veel van de dingen die we waarnemen worden bepaald door klassieke, continue mechanica, de atoom wereld wordt bepaald door discontinuïteit en waarschijnlijkheid. De elektronen in een atoom bestaan op discrete energieniveaus zonder middenaarde. Als een elektron wordt opgewonden naar een nieuw energieniveau, springt het onmiddellijk naar dat niveau. Wanneer elektronen terugkeren naar lagere energieniveaus, geven ze energie af in gekwantiseerde pakketten. Je kunt dit vergelijken met een vuur dat langzaam opbrandt. Een brandend vuur zendt continu energie uit terwijl het afkoelt en uiteindelijk opbrandt. Anderzijds zendt een elektron onmiddellijk al zijn energie uit en springt naar een lager energieniveau zonder een overgangstoestand te passeren.
Wat bepaalt de kleur van lijnen in een emissiespectrum?

Energie uit licht bestaat in pakketten die fotonen worden genoemd. Fotonen hebben verschillende energieën die overeenkomen met verschillende golflengten. Daarom weerspiegelt de kleur van emissielijnen de hoeveelheid energie die wordt afgegeven door een elektron. Deze energie verandert afhankelijk van de orbitale structuur van het atoom en de energieniveaus van zijn elektronen. Hogere energieën komen overeen met golflengten naar het kortere, blauwe uiteinde van het zichtbare lichtspectrum.
Emissie- en absorptielijnen

Wanneer licht door atomen gaat, kunnen die atomen een deel van de energie van het licht absorberen. Een absorptiespectrum laat ons zien welke golflengte van licht werd geabsorbeerd door een bepaald gas. Een absorptiespectrum ziet eruit als een continu spectrum, of regenboog, met enkele zwarte lijnen. Deze zwarte lijnen vertegenwoordigen fotonenergieën die worden geabsorbeerd door elektronen in het gas. Wanneer we het emissiespectrum voor het bijbehorende gas bekijken, wordt het omgekeerde weergegeven; het emissiespectrum zal overal zwart zijn behalve de fotonenergieën die het eerder absorbeerde.
Wat bepaalt het aantal lijnen?

Emissiespectra kunnen een groot aantal lijnen hebben. Het aantal lijnen is niet gelijk aan het aantal elektronen in een atoom. Waterstof heeft bijvoorbeeld één elektron, maar het emissiespectrum vertoont veel lijnen. In plaats daarvan vertegenwoordigt elke emissielijn een andere sprong in energie die een elektron van een atoom zou kunnen maken. Wanneer we een gas blootstellen aan fotonen van alle golflengten, kan elk elektron in het gas een foton absorberen met precies de juiste energie om het in het volgende mogelijke energieniveau te brengen. Daarom vertegenwoordigen de fotonen van een emissiespectrum een verscheidenheid aan mogelijke energieniveaus.