Hva er et overskrift i en kjemisk formel?

Grunnleggende kjemiske formler bruker for det meste kjemiske symboler og abonnementsnumre. Det vanlige vannmolekylet inneholder for eksempel to hydrogenatomer og ett oksygenatom og er skrevet som H2O, med de to i underskrift. Dette grunnleggende oppsettet forteller imidlertid ikke alltid hele historien. Noen ganger trenger kjemiske formler overskriftstall og symboler for å gi informasjon om vekten og ladningen til atomer som er involvert i en kjemisk reaksjon.

Svensk kjemiker Jons Jakob Berzelius opprettet tidlig på 1800-tallet det moderne systemet for å skrive kjemiske formler. Under hans veiledning ved Det svenske vitenskapsakademiet oppdaget studentene flere nye elementer, inkludert vanadium og litium, og Berzelius selv oppdaget flere grunnstoffer og bestemte molekylvekten til nesten alle kjente elementer ved tid. For å forenkle formler med så mange elementer skapte Berzelius symbolene på en og to bokstaver for å representere elementer. På den tiden ble antallet av hvert element i et molekyl angitt med overskrift. I dag viser abonnementsnumre elementenes proporsjoner.

Hevetallstall definerer nå isotoper i kjemiske formler. Isotoper er varianter av det samme kjemiske elementet som har forskjellige masser. Antallet protoner, den positivt ladede subatomære partikkelen, bestemmer identiteten til et element. Elementer kan imidlertid ha forskjellige antall nøytroner, den nøytralt ladede subatomære partikkelen, og fremdeles opprettholde sin elementære identitet. Kjemiske formler bruker et overskriftstall før elementets symbol for å indikere isotopens masse.

Uran kan for eksempel ha 141 til 146 nøytroner, selv om mer enn 99 prosent av uran i naturen inneholder 146 nøytroner. Med 146 nøytroner er uranets atomvekt 238 atommasseenheter, så et overskrift 238 før uranets symbol, U, indikerer at isotopen. Isotopen med 143 nøytroner, brukt i kjernekraft og våpen, er angitt med et overskrift 235, for å indikere dets atomvekt på 235. Formler for mange standard kjemiske reaksjoner bruker ikke overskriftstall for isotoper når elementene har den felles atommassen, selv om det ikke ville være feil å indikere at i overskrift.

Kjemiske formler kan også bruke overskrift etter et kjemisk symbol for å identifisere ioner. Ioner er atomer eller molekyler som ikke har like mange protoner og elektroner, den negativt ladede subatomære partikkelen. Dette skaper et atom eller molekyl som enten er negativt ladet, et anion eller positivt ladet, et kation. Et pluss- eller minustegn i overskrift etter det kjemiske symbolet viser denne ladningen. Et tall før pluss- eller minustegnet indikerer ladningsnivået. For eksempel indikerer et overskrift 3+ at ionet har tre flere protoner enn elektroner.

Som et eksempel kan elementet kobber eksistere og mangler en eller to elektroner. Når det mangler ett elektron, er kobberionet indikert med et enkelt overskrift plus tegn etter dets symbol, Cu. Når to elektroner mangler, har ionet, kalt cupric, symbolet Cu etterfulgt av +2 in overskrift. Hvis et molekyl eksisterer som en isotop, indikerer den kjemiske formelen dette ved å plassere den fullstendige molekylformelen i parentes etterfulgt av overskrift som viser ladningen.