מהו כתב עליון בנוסחה כימית?

נוסחאות כימיות בסיסיות משתמשות בעיקר בסמלים כימיים ומספרי תת-כתב. מולקולת המים הנפוצה, למשל, מכילה שני אטומי מימן ואטום חמצן אחד והיא נכתבת כ- H2O, כאשר השניים כתובים. הגדרה בסיסית זו, לעומת זאת, לא תמיד מספרת את כל הסיפור. לעיתים, נוסחאות כימיות זקוקות למספרים וסמלים עילאיים בכדי לתת מידע על משקלם ומטעןם של האטומים המעורבים בתגובה כימית.

הכימאי השבדי ג'ונס יעקב ברזליוס בראשית המאה ה -19 יצר את המערכת המודרנית לכתיבת נוסחאות כימיות. תחת פיקוחו באקדמיה השבדית המלכותית למדע, גילו התלמידים כמה אלמנטים חדשים, כולל ונדיום ו ליתיום, וברזליוס עצמו גילה כמה אלמנטים וקבע את המשקל המולקולרי של כמעט כל היסודות הידועים באזור זְמַן. כדי לפשט נוסחאות עם כל כך הרבה אלמנטים, יצר ברזליוס את הסמלים של האות והשתי אותיות כדי לייצג אלמנטים. באותה עת, מספר כל יסודות במולקולה צוין באמצעות כתב עליון. כיום, מספרי מנוי מראים את פרופורציות האלמנטים.

מספרי עליון מגדירים כעת איזוטופים בנוסחאות כימיות. איזוטופים הם זנים מאותו יסוד כימי שיש להם מסות שונות. מספר הפרוטונים, החלקיק התת אטומי החיובי, קובע את זהותו של יסוד. אלמנטים, לעומת זאת, יכולים להיות בעלי מספר שונה של נויטרונים, החלקיק התת אטומי נטען ניטרלי, ועדיין לשמור על זהותם האלמנטרית. נוסחאות כימיות משתמשות במספר עליון לפני סמל היסוד כדי לציין את מסת האיזוטופ.

אורניום, למשל, יכול להכיל 141 עד 146 נויטרונים, אם כי יותר מ 99 אחוז מהאורניום בטבע מכיל 146 נויטרונים. עם 146 נויטרונים, משקלו האטומי של האורניום הוא 238 יחידות מסה אטומיות, ולכן כתב עליון 238 לפני סמל האורניום, U, מצביע על איזוטופ. האיזוטופ עם 143 נויטרונים, המשמשים בכוח גרעיני ובכלי נשק, מסומן באמצעות כתב עליון 235, כדי לציין את משקלו האטומי של 235. נוסחאות לתגובות כימיות סטנדרטיות רבות אינן משתמשות במספרים עיליים לאיזוטופים כאשר ה- לאלמנטים יש את המסה האטומית המשותפת, אם כי לא יהיה זה נכון לציין את זה ב כתב עליון.

נוסחאות כימיות עשויות גם להשתמש בכתב עליון אחרי סמל כימי לזיהוי יונים. יונים הם אטומים או מולקולות שאין להם מספר שווה של פרוטונים ואלקטרונים, החלקיק התת אטומי שלילי. זה יוצר אטום או מולקולה טעונים שלילית, אניון או טעון חיובי, קטיון. סימן פלוס-מינוס בסופר-על אחרי הסמל הכימי מראה מטען זה. מספר לפני סימן הפלוס או המינוס מציין את רמת הטעינה. לדוגמא, כתב עליון 3+ מציין כי ליון יש שלושה פרוטונים יותר מאשר אלקטרונים.

כדוגמה, יסוד הנחושת יכול להתקיים חסר אלקטרונים אחד או שניים. כאשר חסר לו אלקטרון אחד, יון הנחושת מצוין בסימן פלוס עליון יחיד בעקבותיו סמל, קו. כאשר שני אלקטרונים חסרים, ליון, הנקרא cupric, יש את הסמל Cu ואחריו +2 in כתב עליון. אם מולקולה קיימת כאיזוטופ, הנוסחה הכימית מציינת זאת על ידי הצבת הנוסחה המולקולרית המלאה בסוגריים ואחריה כתב העל העל המציג את המטען.