Il dubbio posto dalla domanda nasce da un errore di fondo, quello di considerare il numero della righe dello spettro di emissione di un atomo collegato direttamente con il numero di elettroni presenti nell’atomo, ma questo non è corretto.
La struttura a righe degli spettri di emissione degli atomi non dipende dal numero di elettroni, ma dalla struttura a livelli energetici degli orbitali atomici, cioè degli stati in cui è possibile osservare gli elettroni dell’atomo in esame.
Questa struttura a livelli energetici può essere immaginata come una scala in energia che circonda l’atomo: ogni gradino corrisponde ad un livello energetico e quindi ad un valore di energia, inoltre ogni gradino può essere scomposto in una o più scatolette che si trovano tutte circa allo stesso livello di energia, ma che rappresentano stati diversi.
Generalmente gli atomi si trovano nello stato fondamentale, cioè gli elettroni si dispongono in queste scatolette nei vari gradini seguendo due regole:
1. l’energia totale deve essere la più bassa possibile;
2. in una scatoletta (stato) non possono esserci più di due elettroni.
Quando un gas è riscaldato ad altissime temperature parte degli atomi non si trovano più nello stato fondamentale ma in uno stato eccitato, cioè alcuni elettroni si trovano su gradini più alti che se l’atomo fosse nello stato fondamentale. Questo stato di eccitazione però non dura indefinitamente, dopo poco tempo l’atomo decade, cioè l’elettrone si riporta nello stato fondamentale e l’energia in eccesso rispetto allo stato fondamentale viene emessa come fotone. La frequenza con cui il fotone emerge è determinata univocamente dal salto energetico dell’elettrone dalla relazione E=h*f dove E è il salto energetico, h è la costante di Planck e f è la frequenza del fotone.
Da questo discorso si evince che il numero di linee dello spettro di un atomo non dipende affatto da quanti elettroni possiede, perché ogni atomo, compreso quello di idrogeno che possiede un solo elettrone, virtualmente ha uno spettro di infinite righe, di cui però quelle a frequenza più alta sono vicinissime e praticamente indistinguibili dal cosiddetto Spettro Continuo, che è quello relativo agli eventuali elettroni liberi presenti nel gas.
I differenti atomi si possono distinguere tramite lo spettro perché la carica del nucleo determina la profondità dei gradini della scala dei livelli energetici e quindi determina l’ampiezza dei possibili salti energetici e di conseguenza atomi diversi, con carica nucleare diversa, hanno righe di spettro in corrispondenza di frequenze diverse.