Wat is een superscript in een chemische formule?

Chemische basisformules gebruiken meestal chemische symbolen en subscriptnummers. Het gewone watermolecuul bevat bijvoorbeeld twee waterstofatomen en één zuurstofatoom en wordt geschreven als H2O, met de twee in subscript. Deze basisopstelling vertelt echter niet altijd het hele verhaal. Soms hebben chemische formules cijfers en symbolen in superscript nodig om informatie te geven over het gewicht en de lading van atomen die bij een chemische reactie zijn betrokken.

De Zweedse chemicus Jons Jakob Berzelius creëerde in het begin van de 19e eeuw het moderne systeem voor het schrijven van chemische formules. Onder zijn supervisie aan de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen ontdekten studenten verschillende nieuwe elementen, waaronder vanadium en lithium, en Berzelius zelf ontdekte verschillende elementen en bepaalde het molecuulgewicht van bijna alle bekende elementen aan de tijd. Om formules met zoveel elementen te vereenvoudigen, heeft Berzelius de symbolen van één en twee letters gemaakt om elementen weer te geven. In die tijd werd het aantal van elk element in een molecuul aangegeven met superscript. Tegenwoordig geven subscriptnummers de verhoudingen van de elementen weer.

Superscriptnummers definiëren nu isotopen in chemische formules. Isotopen zijn variëteiten van hetzelfde chemische element met verschillende massa's. Het aantal protonen, het positief geladen subatomaire deeltje, bepaalt de identiteit van een element. Elementen kunnen echter verschillende aantallen neutronen hebben, het neutraal geladen subatomaire deeltje, en toch hun elementaire identiteit behouden. Chemische formules gebruiken een superscriptnummer vóór het symbool van het element om de massa van de isotoop aan te geven.

Uranium kan bijvoorbeeld 141 tot 146 neutronen bevatten, hoewel meer dan 99 procent van het uranium in de natuur 146 neutronen bevat. Met 146 neutronen is het atoomgewicht van uranium 238 atomaire massa-eenheden, dus een superscript 238 voor het uraniumsymbool, U, geeft die isotoop aan. De isotoop met 143 neutronen, gebruikt in kernenergie en wapens, wordt aangegeven met een superscript 235, om het atoomgewicht van 235 aan te geven. Formules voor veel standaard chemische reacties gebruiken geen superscriptnummers voor isotopen wanneer de elementen hebben de gemeenschappelijke atoommassa, hoewel het niet onjuist zou zijn om aan te geven dat in superscript.

Chemische formules kunnen ook superscript gebruiken na een chemisch symbool om ionen te identificeren. Ionen zijn atomen of moleculen die niet evenveel protonen als elektronen hebben, het negatief geladen subatomaire deeltje. Dit creëert een atoom of molecuul dat ofwel negatief geladen is, een anion, of positief geladen, een kation. Een plus- of minteken in superscript na het chemische symbool geeft deze lading aan. Een cijfer ervoor vóór het plus- of minteken geeft het niveau van de lading aan. Een superscript 3+ geeft bijvoorbeeld aan dat het ion drie protonen meer heeft dan elektronen.

Het element koper kan bijvoorbeeld bestaan ​​en een of twee elektronen missen. Wanneer het één elektron mist, wordt het koperion aangegeven met een enkel superscript plusteken na zijn symbool, Cu. Als er twee elektronen ontbreken, heeft het ion, genaamd cupri, het symbool Cu gevolgd door +2 in superscript. Als een molecuul als isotoop bestaat, geeft de chemische formule dit aan door de volledige molecuulformule tussen haakjes te plaatsen, gevolgd door het superscript dat de lading aangeeft.