În comparație cu planetele care orbitează în jurul Soarelui, electronii nu se pot afla la orice distanță arbitrară față de nucleu; ei pot exista doar în anumite locații specifice numite orbite permise. Această proprietate, explicată pentru prima dată de fizicianul danez Niels Bohr în 1913, este un alt rezultat al mecanicii cuantice – în mod specific, cerința ca momentul unghiular al unui electron pe orbită, ca orice altceva în lumea cuantică, să vină în pachete discrete numite cuante.
Encyclopædia Britannica, Inc.
În atomul Bohr, electronii se pot găsi numai pe orbite permise, iar aceste orbite permise au energii diferite. Orbitele sunt analoge unui set de scări în care energia potențială gravitațională este diferită pentru fiecare treaptă și în care o bilă poate fi găsită pe orice treaptă, dar niciodată între ele.
Legile mecanicii cuantice descriu procesul prin care electronii se pot deplasa de pe o orbită permisă, sau nivel energetic, pe alta. Ca și în cazul multor procese din lumea cuantică, acest proces este imposibil de vizualizat. Un electron dispare de pe orbita în care se află și reapare în noua sa locație, fără să apară vreodată vreun loc între ele. Acest proces se numește salt cuantic sau salt cuantic și nu are nici un analog în lumea macroscopică.
Pentru că orbitele diferite au energii diferite, ori de câte ori are loc un salt cuantic, energia posedată de electron va fi diferită după salt. De exemplu, dacă un electron sare de la un nivel energetic superior la unul inferior, energia pierdută va trebui să se ducă undeva și, de fapt, va fi emisă de atom sub forma unui fascicul de radiații electromagnetice. Acest pachet este cunoscut sub numele de foton, iar această emisie de fotoni cu o schimbare a nivelurilor energetice reprezintă procesul prin care atomii emit lumină. Vezi și laser.
În același mod, dacă se adaugă energie la un atom, un electron poate folosi această energie pentru a face un salt cuantic de pe o orbită inferioară pe una superioară. Această energie poate fi furnizată în mai multe moduri. Un mod obișnuit este ca atomul să absoarbă un foton cu frecvența potrivită. De exemplu, atunci când un atom este luminat cu lumină albă, acesta absoarbe selectiv acele frecvențe care corespund diferențelor de energie dintre orbitele permise.
Care element are un set unic de niveluri de energie și, astfel, frecvențele la care absoarbe și emite lumină acționează ca un fel de amprentă digitală, identificând elementul respectiv. Această proprietate a atomilor a dat naștere spectroscopiei, o știință dedicată identificării atomilor și moleculelor prin tipul de radiație pe care o emit sau o absorb.
Această imagine a atomului, cu electroni care se mișcă în sus și în jos între orbitele permise, însoțită de absorbția sau emisia de energie, conține caracteristicile esențiale ale modelului atomic Bohr, pentru care Bohr a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1922. Cu toate acestea, modelul său de bază nu funcționează bine în explicarea detaliilor structurii unor atomi mai complicați decât hidrogenul. Acest lucru necesită introducerea mecanicii cuantice. În mecanica cuantică, fiecare electron care orbitează este reprezentat de o expresie matematică cunoscută sub numele de funcție de undă – ceva asemănător cu o coardă de chitară care vibrează, dispusă de-a lungul traiectoriei orbitei electronului. Aceste forme de undă se numesc orbite. A se vedea și mecanica cuantică: Teoria atomului a lui Bohr.
.