Kas ir virsraksts ķīmiskā formulā?

Ķīmiskās pamatformulas galvenokārt izmanto ķīmiskos simbolus un indeksu numurus. Piemēram, kopējā ūdens molekula satur divus ūdeņraža atomus un vienu skābekļa atomu, un tā ir uzrakstīta kā H2O, abus ierakstot indeksā. Tomēr šī pamata iestatīšana ne vienmēr izstāsta visu stāstu. Dažreiz ķīmiskajām formulām ir nepieciešami virsraksti un simboli, lai sniegtu informāciju par ķīmiskajā reakcijā iesaistīto atomu svaru un lādiņu.

Zviedru ķīmiķis Jons Jakobs Berzeliuss 19. gadsimta sākumā izveidoja modernu ķīmisko formulu rakstīšanas sistēmu. Viņa uzraudzībā Zviedrijas Karaliskajā zinātnes akadēmijā studenti atklāja vairākus jaunus elementus, tostarp vanādiju un litijs, un pats Berzelius atklāja vairākus elementus un noteica gandrīz visu zināmo elementu molekulmasu pie laiks. Lai vienkāršotu formulas ar tik daudz elementiem, Berzelius izveidoja viena un divu burtu simbolus, lai attēlotu elementus. Tajā laikā katra elementa skaits molekulā tika norādīts ar virsrakstu. Šodien indeksu numuri parāda elementu proporcijas.

Virsraksta skaitļi tagad izotopus definē ķīmiskajās formulās. Izotopi ir viena un tā paša ķīmiskā elementa šķirnes, kurām ir atšķirīga masa. Protonu skaits, pozitīvi uzlādēta subatomiskā daļiņa, nosaka elementa identitāti. Elementiem tomēr var būt atšķirīgs neitronu skaits, neitrāli uzlādēta subatomiskā daļiņa, un tie joprojām saglabā to elementāro identitāti. Ķīmiskajās formulās pirms elementa simbola tiek izmantots augšējais indekss, lai norādītu izotopa masu.

Piemēram, urānā var būt 141 līdz 146 neitroni, lai gan vairāk nekā 99 procenti urāna dabā satur 146 neitronus. Ar 146 neitroniem urāna atoma svars ir 238 atomu masas vienības, tāpēc virsraksts 238 pirms urāna simbola U norāda šo izotopu. Izotops ar 143 neitroniem, ko izmanto kodolenerģijā un ieročos, ir norādīts ar virsrakstu 235, lai norādītu tā atomu svaru 235. Daudzu standarta ķīmisko reakciju formulas neizmanto augšraksta numurus izotopiem, kad elementiem ir kopīga atomu masa, lai gan nebūtu nepareizi to norādīt virsraksts.

Ķīmiskās formulas var izmantot arī virsrakstu aiz ķīmiskā simbola, lai identificētu jonus. Joni ir atomi vai molekulas, kurām nav vienāds protonu un elektronu skaits - negatīvi lādēta subatomiskā daļiņa. Tas rada atomu vai molekulu, kas ir vai nu negatīvi lādēts, anjons vai pozitīvi lādēts katjons. Plusiņa vai mīnusa zīme augšējā indeksā aiz ķīmiskā simbola parāda šo lādiņu. Skaitlis pirms plus vai mīnus zīmes norāda uzlādes līmeni. Piemēram, virsraksts 3+ norāda, ka jonā ir vēl trīs protoni nekā elektronos.

Piemēram, vara elementam var būt viens vai divi elektroni. Kad tam trūkst viena elektrona, vara jonu norāda ar vienu virsraksta plus zīmi, kas seko tam simbols, Cu. Ja trūkst divu elektronu, jonam, ko sauc par vara, ir simbols Cu, kam seko +2 collas virsraksts. Ja molekula pastāv kā izotops, ķīmiskā formula to norāda, iekavās ievietojot visu molekulas formulu, kam seko augšējais indekss, kurā parādīts lādiņš.