Pagrindinėse cheminėse formulėse dažniausiai naudojami cheminiai simboliai ir indeksų numeriai. Pavyzdžiui, bendroje vandens molekulėje yra du vandenilio atomai ir vienas deguonies atomas, ji parašyta kaip H2O, o abu yra indeksai. Tačiau ši pagrindinė sąranka ne visada pasakoja visą istoriją. Kartais cheminėms formulėms reikalingi viršutiniai indeksai ir simboliai, kad būtų suteikta informacija apie cheminėje reakcijoje dalyvaujančių atomų svorį ir krūvį.
Istorija
Pradžioje švedų chemikas Jonsas Jakobas Berzelius sukūrė modernią cheminių formulių rašymo sistemą. Jo prižiūrimi Švedijos karališkojoje mokslo akademijoje studentai atrado keletą naujų elementų, įskaitant vanadį ir ličio, o pats Berzelius atrado keletą elementų ir nustatė beveik visų žinomų elementų molekulinę masę laikas. Siekdamas supaprastinti formules, kuriose yra tiek daug elementų, Berzelius sukūrė vieno ir dviejų raidžių simbolius, vaizduojančius elementus. Tuo metu kiekvieno molekulės elemento skaičius buvo nurodytas viršutiniu indeksu. Šiandien indeksų skaičiai rodo elementų proporcijas.
Izotopai
Viršutiniai skaičiai dabar apibrėžia izotopus cheminėse formulėse. Izotopai yra to paties cheminio elemento atmainos, turinčios skirtingą masę. Protonų, teigiamai įkrautų subatominių dalelių, skaičius lemia elemento tapatumą. Tačiau elementai gali turėti skirtingą neutronų skaičių, neutraliai įkrautą subatominę dalelę, ir vis tiek išlaikyti savo elementinę tapatybę. Cheminėse formulėse prieš elemento simbolį naudojamas viršutinis indeksas, nurodantis izotopo masę.
Pavyzdžiai
Pavyzdžiui, urane gali būti 141–146 neutronai, nors daugiau nei 99 proc. Urano gamtoje yra 146 neutronai. Turint 146 neutronus, urano atominė masė yra 238 atominės masės vienetai, taigi prieš urano simbolį U esantis viršutinis indeksas 238 nurodo tą izotopą. Izotopas su 143 neutronais, naudojamas branduolinėje energetikoje ir ginkluotėje, nurodomas viršutiniu indeksu 235, nurodant jo atominę masę 235. Daugelio standartinių cheminių reakcijų formulėse nenaudojami viršutiniai indeksai izotopams, kai elementai turi bendrą atominę masę, nors nebūtų neteisinga tai nurodyti viršutinis indeksas.
Jonai
Cheminėse formulėse jonams identifikuoti taip pat gali būti naudojamas viršutinis indeksas po cheminio simbolio. Jonai yra atomai arba molekulės, kuriose nėra vienodo protonų ir elektronų skaičiaus - neigiamai įkrautos subatominės dalelės. Tai sukuria neigiamai įkrautą atomą arba molekulę, anijoną arba teigiamai įkrautą katijoną. Pliuso arba minuso ženklas viršuje po cheminio simbolio rodo šį krūvį. Skaičius prieš pliuso ar minuso ženklą nurodo įkrovimo lygį. Pavyzdžiui, viršutinis indeksas 3+ rodo, kad jone yra dar trys protonai nei elektronai.
Pavyzdžiai
Pavyzdžiui, vario elementas gali egzistuoti be vieno ar dviejų elektronų. Kai trūksta vieno elektrono, vario jonas nurodomas vienu viršutiniu indeksu pliuso ženklu po jo simbolis, Cu. Kai trūksta dviejų elektronų, jonas, vadinamas variu, turi simbolį Cu, po kurio yra +2 viršutinis indeksas. Jei molekulė egzistuoja kaip izotopas, cheminė formulė tai nurodo uždėdama visą molekulinę formulę skliausteliuose, po kurių nurodomas užtaisas, rodantis užtaisą.