Какво представлява горният индекс в химическа формула?

Основните химически формули използват предимно химични символи и индекси. Общата молекула на водата например съдържа два водородни атома и един кислороден атом и се записва като H2O, като двата са в долния индекс. Тази основна настройка обаче не винаги разказва цялата история. Понякога химическите формули се нуждаят от горни индекси и символи, за да дадат информация за теглото и заряда на атомите, участващи в химична реакция.

Шведският химик Йонс Якоб Берцелиус в началото на 19 век създава модерната система за писане на химически формули. Под негово наблюдение в Кралската шведска академия на науките учениците откриха няколко нови елемента, включително ванадий и литий, а самият Берцелий откри няколко елемента и определи молекулното тегло на почти всички известни елементи в време. За да опрости формулите с толкова много елементи, Берцелиус създава едно- и двубуквените символи, за да представя елементи. По това време броят на всеки елемент в молекулата е посочен с надпис. Днес номерата на индексите показват пропорциите на елементите.

Горните индекси вече определят изотопите в химическите формули. Изотопите са разновидности на един и същ химичен елемент, които имат различни маси. Броят на протоните, положително заредената субатомна частица, определя идентичността на даден елемент. Елементите обаче могат да имат различен брой неутрони, неутрално заредената субатомна частица и въпреки това да запазят своята елементарна идентичност. Химическите формули използват горния номер преди символа на елемента, за да посочат масата на изотопа.

Уранът например може да има 141 до 146 неутрона, въпреки че повече от 99 процента от урана в природата съдържа 146 неутрона. Със 146 неутрона атомното тегло на урана е 238 атомни единици маса, така че горният индекс 238 преди символа на урана, U, показва този изотоп. Изотопът със 143 неутрона, използван в ядрената енергетика и оръжията, е обозначен с индекс 235, за да се посочи атомното му тегло от 235. Формулите за много стандартни химични реакции не използват горни числа за изотопи, когато елементите имат обща атомна маса, макар че не би било неправилно да се посочи, че в горен индекс.

Химическите формули също могат да използват горния индекс след химичен символ за идентифициране на йони. Йони са атоми или молекули, които нямат еднакъв брой протони и електрони, отрицателно заредената субатомна частица. Това създава атом или молекула, която е или отрицателно заредена, анион, или положително заредена, катион. Знак плюс или минус в горния индекс след химичния символ показва този заряд. Число преди знак плюс или минус показва нивото на зареждане. Например, индекс 3+ показва, че йонът има три протона повече от електроните.

Като пример елементът мед може да съществува, липсвайки един или два електрона. Когато липсва един електрон, медният йон се обозначава с един надпис плюс знак след него символ, Cu. Когато липсват два електрона, йонът, наречен меден, има символа Cu, последван от +2 in горен индекс. Ако молекула съществува като изотоп, химическата формула показва това, като поставя пълната молекулна формула в скоби, последвана от горния индекс, показващ заряда.