Hvad er et overskrift i en kemisk formel?

Grundlæggende kemiske formler bruger for det meste kemiske symboler og abonnementsnumre. Det fælles vandmolekyle indeholder for eksempel to hydrogenatomer og et iltatom og er skrevet som H2O med de to i underskrift. Denne grundlæggende opsætning fortæller dog ikke altid hele historien. Til tider har kemiske formler brug for tal og symboler for at give oplysninger om vægten og ladningen af ​​atomer, der er involveret i en kemisk reaktion.

Den svenske kemiker Jons Jakob Berzelius oprettede i det tidlige 19. århundrede det moderne system til at skrive kemiske formler. Under hans vejledning på Det Kongelige Svenske Videnskabsakademi opdagede studerende flere nye elementer, herunder vanadium og lithium, og Berzelius selv opdagede flere grundstoffer og bestemte molekylvægten af ​​næsten alle kendte grundstoffer ved tid. For at forenkle formler med så mange elementer oprettede Berzelius symbolerne på et og to bogstaver for at repræsentere elementer. På det tidspunkt blev antallet af hvert element i et molekyle angivet med overskrift. I dag viser abonnementsnumre elementernes proportioner.

Overskriftstal definerer nu isotoper i kemiske formler. Isotoper er sorter af det samme kemiske element, der har forskellige masser. Antallet af protoner, den positivt ladede subatomære partikel, bestemmer identiteten af ​​et element. Elementer kan dog have forskellige antal neutroner, den neutralt ladede subatomære partikel og stadig bevare deres elementære identitet. Kemiske formler bruger et overskriftstal før elementets symbol for at indikere isotopens masse.

Uran kan for eksempel have 141 til 146 neutroner, selvom mere end 99 procent af uran i naturen indeholder 146 neutroner. Med 146 neutroner er uranets atomvægt 238 atommasseenheder, så et overskrift 238 før uranets symbol, U, indikerer, at isotopen. Isotopen med 143 neutroner, der anvendes i atomkraft og våben, er angivet med et overskrift 235 for at indikere dets atomvægt på 235. Formler til mange standard kemiske reaktioner bruger ikke overskriftnumre til isotoper, når grundstoffer har den fælles atommasse, selvom det ikke ville være forkert at angive det i overskrift.

Kemiske formler kan også bruge overskrift efter et kemisk symbol til at identificere ioner. Ioner er atomer eller molekyler, der ikke har det samme antal protoner og elektroner, den negativt ladede subatomære partikel. Dette skaber et atom eller molekyle, der enten er negativt ladet, en anion eller positivt ladet, en kation. Et plus- eller minustegn i overskrift efter det kemiske symbol viser denne ladning. Et tal før plus- eller minustegnet angiver niveauet for opladningen. For eksempel angiver et overskrift 3+, at ionen har tre flere protoner end elektroner.

Som et eksempel kan elementet kobber eksistere mangler en eller to elektroner. Når den mangler en elektron, er kobberionen angivet med et enkelt overskrift plus tegn efter dens symbol, Cu. Når der mangler to elektroner, har ionen, kaldet cupric, symbolet Cu efterfulgt af +2 in overskrift. Hvis et molekyle eksisterer som en isotop, angiver den kemiske formel dette ved at placere den fulde molekylformel i parentes efterfulgt af overskrift, der viser ladningen.