Was ist ein hochgestelltes Zeichen in einer chemischen Formel?

Grundlegende chemische Formeln verwenden meist chemische Symbole und tiefgestellte Zahlen. Das gewöhnliche Wassermolekül zum Beispiel enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom und wird als H2O geschrieben, wobei die beiden tiefgestellt sind. Dieses grundlegende Setup erzählt jedoch nicht immer die ganze Geschichte. Manchmal benötigen chemische Formeln hochgestellte Zahlen und Symbole, um Informationen über das Gewicht und die Ladung von Atomen zu geben, die an einer chemischen Reaktion beteiligt sind.

Der schwedische Chemiker Jons Jakob Berzelius schuf im frühen 19. Jahrhundert das moderne System zum Schreiben chemischer Formeln. Unter seiner Aufsicht an der Königlich Schwedischen Akademie der Wissenschaften entdeckten Studenten mehrere neue Elemente, darunter Vanadium und Lithium, und Berzelius selbst entdeckte mehrere Elemente und bestimmte das Molekulargewicht fast aller bekannten Elemente am at Zeit. Um Formeln mit so vielen Elementen zu vereinfachen, hat Berzelius die ein- und zweibuchstabigen Symbole zur Darstellung von Elementen entwickelt. Zu dieser Zeit wurde die Anzahl jedes Elements in einem Molekül hochgestellt angezeigt. Heute zeigen tiefgestellte Zahlen die Proportionen der Elemente.

Hochgestellte Zahlen definieren jetzt Isotope in chemischen Formeln. Isotope sind Varianten desselben chemischen Elements mit unterschiedlichen Massen. Die Anzahl der Protonen, des positiv geladenen subatomaren Teilchens, bestimmt die Identität eines Elements. Elemente können jedoch eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen, dem neutral geladenen subatomaren Teilchen, aufweisen und dennoch ihre elementare Identität beibehalten. Chemische Formeln verwenden eine hochgestellte Zahl vor dem Symbol des Elements, um die Masse des Isotops anzugeben.

Uran zum Beispiel kann 141 bis 146 Neutronen haben, obwohl mehr als 99 Prozent des Urans in der Natur 146 Neutronen enthalten. Bei 146 Neutronen beträgt das Atomgewicht von Uran 238 atomare Masseneinheiten, so dass eine hochgestellte 238 vor dem Uransymbol, U, dieses Isotop anzeigt. Das Isotop mit 143 Neutronen, das in Kernkraft und Waffen verwendet wird, wird mit einem hochgestellten 235 angezeigt, um sein Atomgewicht von 235 anzuzeigen. Formeln für viele chemische Standardreaktionen verwenden keine hochgestellten Zahlen für Isotope, wenn die Elemente haben die gemeinsame Atommasse, obwohl es nicht falsch wäre, anzugeben, dass in hochgestellt.

Chemische Formeln können auch nach einem chemischen Symbol hochgestellt werden, um Ionen zu identifizieren. Ionen sind Atome oder Moleküle, die nicht die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen haben, die negativ geladenen subatomaren Teilchen. Dadurch entsteht ein Atom oder Molekül, das entweder negativ geladen ist, ein Anion, oder ein positiv geladenes Kation. Ein hochgestelltes Plus- oder Minuszeichen nach dem chemischen Symbol zeigt diese Ladung an. Eine Zahl vor dem Plus- oder Minuszeichen gibt die Höhe der Ladung an. Ein hochgestelltes 3+ zeigt beispielsweise an, dass das Ion drei Protonen mehr als Elektronen hat.

Als Beispiel kann das Element Kupfer existieren, dem ein oder zwei Elektronen fehlen. Wenn ihm ein Elektron fehlt, wird das Kupferion mit einem einzelnen hochgestellten Pluszeichen nach seinem. angezeigt Symbol, Cu. Wenn zwei Elektronen fehlen, hat das Ion, genannt Kupfer(r) das Symbol Cu gefolgt von +2 in hochgestellt. Wenn ein Molekül als Isotop existiert, zeigt die chemische Formel dies an, indem die vollständige Molekülformel in Klammern gefolgt von der hochgestellten Angabe der Ladung gesetzt wird.