Como sistema cuántico, el átomo de hidrógeno posee un número infinito de estados discretos unidos de energía negativa con respecto al estado libre de energía cero y superior. Podemos contar e indexar los estados de energía enlazados con un número cuántico principal n = 1, 2, 3, 4 ……… hasta el infinito. Los estados de energía positiva son aquellos en los que el electrón y el protón no están unidos. El estado unido con la energía más baja se llama estado fundamental (o estado fundamental). Es el estado natural del sistema y es estable con el tiempo; Los otros estados, inestables en el tiempo, son los estados excitados que pueden estar poblados cada vez que el sistema es excitado por un agente externo que hace que salte del estado fundamental a uno de los estados excitados por absorción de un cuanto de energía llamado fotón.
El estado excitado es inestable y decaerá a uno de los estados de energía más bajos con la emisión de otro fotón cuya energía está relacionada con la longitud de onda de la línea espectral observada para la transición (salto cuántico). La longitud de onda de las líneas espectrales viene dada por la longitud de onda del fotón emitido, lambda = hc / (E_initial – E_final) donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, E_inicial es la energía del estado inicial excitado, E_final es la energía del estado final. Está claro que para una longitud de onda corta, la diferencia de energía es grande y debe provenir de transiciones de estados altamente excitados a estados bajos (cerca del estado fundamental).
Un factor secundario que contribuye es que la densidad de los estados excitados se vuelve bastante grande cuando la energía de excitación relativa al estado fundamental se hace grande; esto refuerza el efecto de “empaquetamiento” de las líneas espectrales observadas en un espectrómetro.
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Para concluir, las líneas espectrales aparecen más cercanas en el régimen de alta energía debido a la dependencia hiperbólica de la longitud de onda espectral de la energía del fotón emitido.
Espero que esto ayude.
