تعتبر خطوط الأطياف الذرية بمثابة البصمة المميزة للحالات الذرية. أن جميع الأجسام الساخنة تصدر إشعاعا كهرومغناطيسيا بشكل طيفي متصل وبأطوال موجية مختلفة أن سبب هذا الاتصال في الخطوط الطيفية هو العدد الكبير جدا للذرات المتفاعلة. لكن الوضع يختلف في الغازات، فعندما يتم تفريغ كهربائي على غاز الهيدروجين تثار ذراته وعندما تعود تلك الذرات إلى حالة الاستقرار تفقد ما اكتسبته من طاقة عن طريق إطلاق إشعاع كهرومغناطيسي (فوتونات) تكون خطوطه الطيفية على شكل متسلسلة كما هو موضح بالشكل (10-2) يحتوي هذا الشكل على أطوال موجية مقاسه بالأنجستروم Å. تستخدم هذه الأطوال الموجية في معرفة نوع الذرات المثارة فهي كما قلنا بمثابة البصمة المميزة للحالات الذرية.

نلاحظ من الشكل نفسه أن خطوط الطاقة تبدأ بمسافات بعيدة نسبيا عن بعضها عند الأطوال الموجية العالية. لكنها ومع تناقص الأطوال الموجية تبدأ بالاقتراب من بعضها البعض، حتى ترتص تماما، ويصبح التمييز بينها أمر صعب جدا.

كان جوهانس بالمر Balmer أول من وضع متسلسلة رياضية تصف بدقة خطوط طيف ذرة الهيدروجين، وذلك في عام 1885 تعطى تلك المتسلسلة كالتالي:

شكل (10–2)

خطوط الطيف لذرة الهيدروجين.

حيث الطول الموجي، وR مقدار ثابت يسمى بثابت رايدبيرغ Rydberg constant ويساوي: R = 1.097 × 10⁷m^–1

كانت متسلسلة بالمر تصف جميع الأطوال الموجية الواقعة في المدى المرئي فقط. لكن نجاح هذه المتسلسلة شجع باحثين آخرين على إيجاد متسلسلات في مدى الأطوال الموجية الأخرى، مثل الأشعة تحت الحمراء IR وفوق البنفسجية UV. وقد تم ذلك بالفعل، وتعطى المتسلسلات الأخرى كالتالي:

تستخدم متسلسلة ليمان للأشعة فوق البنفسجية، والمتسلسلات الأخرى للأشعة تحت الحمراء.

على الرغم من هذه المتسلسلات تعطي وصف لخطوط الطيف الذري، إلا أنها لا تعطي معنى فيزيائي محدد لها. كيف تطلق الالكترونات هذه الخطوط؟ لقد رأينا أن نموذج رذرفورد ممتاز في وصف شكل الذرة، ولكنه غير قادر على وصف خطوط الطيف تلك. فما هو سر تلك الخطوط إذن؟