Podstawowe wzory chemiczne najczęściej wykorzystują symbole chemiczne i liczby w indeksie dolnym. Na przykład zwykła cząsteczka wody zawiera dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu i jest zapisana jako H2O, z dwoma indeksami dolnymi. Jednak ta podstawowa konfiguracja nie zawsze opowiada całą historię. Czasami wzory chemiczne wymagają liczb i symboli w indeksie górnym, aby podać informacje o masie i ładunku atomów biorących udział w reakcji chemicznej.
Historia
Szwedzki chemik Jons Jakob Berzelius na początku XIX wieku stworzył nowoczesny system zapisywania formuł chemicznych. Pod jego nadzorem w Królewskiej Szwedzkiej Akademii Nauk studenci odkryli kilka nowych pierwiastków, w tym wanad i lit, a sam Berzelius odkrył kilka pierwiastków i określił masę cząsteczkową prawie wszystkich znanych pierwiastków w czas. Aby uprościć formuły zawierające tak wiele elementów, Berzelius stworzył jedno- i dwuliterowe symbole reprezentujące elementy. W tym czasie liczbę każdego pierwiastka w cząsteczce oznaczono indeksem górnym. Dzisiaj numery w indeksie dolnym pokazują proporcje pierwiastków.
Izotopy
Liczby w indeksie górnym definiują teraz izotopy we wzorach chemicznych. Izotopy to odmiany tego samego pierwiastka chemicznego, które mają różne masy. Liczba protonów, dodatnio naładowana cząstka subatomowa, określa tożsamość pierwiastka. Jednakże pierwiastki mogą mieć różną liczbę neutronów, neutralnie naładowaną cząstkę subatomową, i nadal zachowują swoją tożsamość pierwiastkową. Wzory chemiczne używają liczby w indeksie górnym przed symbolem pierwiastka, aby wskazać masę izotopu.
Przykłady
Na przykład uran może mieć od 141 do 146 neutronów, chociaż ponad 99 procent uranu w naturze zawiera 146 neutronów. Przy 146 neutronach masa atomowa uranu wynosi 238 jednostek masy atomowej, więc indeks górny 238 przed symbolem uranu, U, wskazuje na ten izotop. Izotop z 143 neutronami, stosowany w energetyce jądrowej i uzbrojeniu, jest oznaczony indeksem górnym 235, wskazującym na jego masę atomową 235. Wzory wielu standardowych reakcji chemicznych nie używają liczb w indeksie górnym dla izotopów, gdy pierwiastki mają wspólną masę atomową, choć nie byłoby błędem wskazać, że in napisany u góry.
Jony
Wzory chemiczne mogą również używać indeksu górnego po symbolu chemicznym do identyfikacji jonów. Jony to atomy lub cząsteczki, które nie mają równej liczby protonów i elektronów, czyli ujemnie naładowanej cząstki subatomowej. Tworzy to atom lub cząsteczkę, która jest albo naładowana ujemnie, anion, albo naładowana dodatnio, kation. Znak plus lub minus w indeksie górnym po symbolu chemicznym wskazuje ten ładunek. Liczba przed znakiem plus lub minus wskazuje poziom opłaty. Na przykład indeks górny 3+ wskazuje, że jon ma o trzy więcej protonów niż elektronów.
Przykłady
Na przykład element miedzi może istnieć bez jednego lub dwóch elektronów. Gdy brakuje jednego elektronu, jon miedzi jest oznaczony pojedynczym znakiem plus w indeksie górnym po symbol, Cu. Gdy brakuje dwóch elektronów, jon miedziowy ma symbol Cu, po którym następuje +2 in napisany u góry. Jeśli cząsteczka istnieje jako izotop, wzór chemiczny wskazuje to, umieszczając pełny wzór cząsteczkowy w nawiasach, a następnie indeks górny pokazujący ładunek.