Co je horní index v chemickém vzorci?

Základní chemické vzorce většinou používají chemické symboly a čísla dolního indexu. Společná molekula vody například obsahuje dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku a je zapsána jako H2O, přičemž dva jsou v dolním indexu. Toto základní nastavení však ne vždy vypráví celý příběh. Chemické vzorce občas potřebují horní index čísel a symbolů, aby poskytly informace o hmotnosti a náboji atomů zapojených do chemické reakce.

Švédský chemik Jons Jakob Berzelius na počátku 19. století vytvořil moderní systém pro psaní chemických vzorců. Pod jeho dohledem na Královské švédské akademii věd objevili studenti několik nových prvků, včetně vanadu a lithium a sám Berzelius objevil několik prvků a určil molekulovou hmotnost téměř všech známých prvků na čas. Pro zjednodušení vzorců s tolika prvky vytvořil Berzelius jedno- a dvoupísmenné symboly, které představují prvky. V té době byl počet každého prvku v molekule indikován horním indexem. Čísla dolního indexu dnes ukazují proporce prvků.

Čísla horního indexu nyní definují izotopy v chemických vzorcích. Izotopy jsou odrůdy stejného chemického prvku, které mají různé hmotnosti. Počet protonů, kladně nabitých subatomárních částic, určuje identitu prvku. Prvky však mohou mít různý počet neutronů, neutrálně nabitých subatomárních částic, a přesto si zachovávají svou elementární identitu. Chemické vzorce používají k označení hmotnosti izotopu horní index před symbolem prvku.

Například uran může mít 141 až 146 neutronů, ačkoli více než 99 procent uranu v přírodě obsahuje 146 neutronů. Se 146 neutrony je atomová hmotnost uranu 238 atomových hmotnostních jednotek, takže horní index 238 před symbolem uranu, U, označuje tento izotop. Izotop se 143 neutrony, používaný v jaderné energii a výzbroji, je označen horním indexem 235, který udává jeho atomovou hmotnost 235. Vzorce pro mnoho standardních chemických reakcí nepoužívají čísla horního indexu pro izotopy, když prvky mají společnou atomovou hmotnost, i když by nebylo správné označovat to v horní index.

Chemické vzorce mohou také používat horní index za chemickým symbolem k identifikaci iontů. Iony jsou atomy nebo molekuly, které nemají stejný počet protonů a elektronů, negativně nabitých subatomárních částic. Tím se vytvoří atom nebo molekula, která je buď záporně nabitá, anion nebo kladně nabitá, kation. Znaménko plus nebo minus v horním indexu za chemickým symbolem ukazuje tento náboj. Číslo před znaménkem plus nebo minus označuje úroveň nabití. Například horní index 3+ naznačuje, že ion má tři další protony než elektrony.

Jako příklad může existovat prvek měď bez jednoho nebo dvou elektronů. Když chybí jeden elektron, iont mědi je označen jediným horním indexem plus za ním symbol, Cu. Když chybí dva elektrony, iont, nazývaný měďnatý, má symbol Cu následovaný +2 in horní index. Pokud molekula existuje jako izotop, chemický vzorec to naznačuje umístěním celého molekulárního vzorce do závorek následovaných horním indexem zobrazujícím náboj.