Mi a felső index egy kémiai képletben?

Az alapvető kémiai képletek többnyire kémiai szimbólumokat és indexszámokat használnak. Például a közös vízmolekula két hidrogénatomot és egy oxigénatomot tartalmaz, és H2O-nak van írva, a kettő alindexben. Ez az alapbeállítás azonban nem mindig mondja el a teljes történetet. Időnként a kémiai formuláknak felső indexekre és szimbólumokra van szükségük ahhoz, hogy információt nyújtsanak a kémiai reakcióban részt vevő atomok tömegéről és töltéséről.

Jons Jakob Berzelius svéd vegyész a 19. század elején létrehozta a kémiai képletek megírásának modern rendszerét. A Svéd Királyi Tudományos Akadémia felügyelete alatt a hallgatók számos új elemet fedeztek fel, köztük vanádiumot és lítium, és maga Berzelius több elemet fedezett fel, és meghatározta az összes ismert elem molekulatömegét a idő. A sok elemű képletek egyszerűsítése érdekében Berzelius létrehozta az egy- és kétbetűs szimbólumokat az elemek ábrázolására. Abban az időben a molekula egyes elemeinek számát felső index jelezte. Ma az index számai mutatják az elemek arányát.

A felső index számai most kémiai képletekben definiálják az izotópokat. Az izotópok ugyanazon kémiai elem különböző tömegű fajtái. A protonok száma, a pozitív töltésű szubatomi részecske határozza meg az elem azonosságát. Az elemeknek azonban eltérő lehet a neutronszámuk, a semleges töltésű szubatomi részecske, és továbbra is fenntarthatják elemi identitásukat. A kémiai képletek egy felső indexet használnak az elem szimbóluma előtt, hogy jelezzék az izotóp tömegét.

Az uránnak például 141–146 neutronja lehet, bár a természetben az urán több mint 99 százaléka 146 neutront tartalmaz. 146 neutron esetén az urán atomtömege 238 atomtömegegység, tehát az urán szimbóluma, az U előtt egy 238-as felső index jelzi ezt az izotópot. Az atomenergiában és a fegyverzetben használt 143 neutronos izotópot 235-es felső index jelzi, jelezve annak 235-ös atomtömegét. Számos standard kémiai reakció képlete nem használ feliratszámot az izotópokra, amikor a az elemek közös atomtömeggel rendelkeznek, bár nem lenne helytelen ezt jelezni a felső index.

A kémiai képletek a kémiai szimbólum után felső indexet is használhatnak az ionok azonosítására. Az ionok olyan atomok vagy molekulák, amelyekben nincs azonos számú proton és elektron, a negatív töltésű szubatomi részecske. Ez létrehoz egy atomot vagy molekulát, amely negatív töltésű, anionos vagy pozitív töltésű kation. A kémiai szimbólum utáni felső indexben plusz vagy mínusz jel mutatja ezt a töltetet. A plusz vagy mínusz jel előtti szám jelzi a töltés szintjét. Például egy 3+ felső index azt jelzi, hogy az ionnak még három protonja van, mint elektronjának.

Például a réz elem létezhet egy vagy két elektron hiányában. Ha hiányzik egy elektron, a réziont egyetlen felső index pluszjel jelöli szimbólum, Cu. Ha két elektron hiányzik, akkor a réznek nevezett ionnak Cu szimbóluma van, amelyet +2 in követ felső index. Ha egy molekula izotópként létezik, a kémiai képlet ezt úgy jelzi, hogy a teljes molekulaképletet zárójelbe helyezi, majd a töltést mutató felső index következik.