Imagine un conjunto irregular de escaleras con una pelota en la parte inferior. Para mover la pelota N escaleras arriba, debe pagar exactamente la cantidad correcta de energía, ni más ni menos (debido a la resonancia y otros fenómenos cuánticos, pero no solo por aceptar eso como un hecho). Del mismo modo, si la pelota salta una cierta cantidad de escaleras, debe emitir una cantidad de energía equivalente. Las escaleras son los niveles de energía de un átomo, la bola es un solo electrón, y la energía que emite es la radiación que emite un electrón cuando cae un nivel de energía.
La forma de la escalera depende del elemento y el isótopo, por lo que la escalera para Hidrógeno tendrá diferentes tamaños de escalones que, por ejemplo, Carbono. Por lo tanto, al observar todas las posibles transiciones de energía (del paso 2 al paso 1, del paso 3 al paso 1 o 2, del paso 4, etc.) puede identificar el elemento. El tamaño de la escalera está determinado por cosas como “cuántos protones hay en el núcleo tirando de este electrón”, y luego también por los efectos cuánticos que dictan muchas cosas extrañas como resultado de la ecuación de onda de Shroedinger.
Estas transiciones ocurren cuando un electrón está en un estado excitado, en cuyo punto tiene la posibilidad de perder energía en forma de fotón y pasar a un estado de energía más bajo. También puede empujarlo hacia un estado de mayor energía disparando un fotón de la longitud de onda correcta. Alternativamente, puede calentar la colección de átomos, ya que agregar energía empujará a los electrones a un estado de energía más alta de todos modos.
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En cuanto a por qué solo puede disparar una determinada longitud de onda, y no decir una que tenga una energía ligeramente más alta para lograr lo mismo, que tiene que ver con la resonancia. La explicación que generalmente doy es balancearse en un columpio. Si balanceas las piernas muy lentamente, no irás a ningún lado. Pero si los balanceas demasiado rápido tampoco irás a ningún lado. Tienes que balancearlos justo para que el columpio se mueva. Los electrones son algo así.
