Čo je horný index v chemickom vzorci?

Základné chemické vzorce väčšinou používajú chemické symboly a čísla dolného indexu. Bežná molekula vody napríklad obsahuje dva atómy vodíka a jeden atóm kyslíka a je napísaná ako H2O, pričom dva sú v dolnom indexe. Toto základné nastavenie však nemusí vždy rozprávať celý príbeh. Chemické vzorce niekedy potrebujú horné čísla a symboly, ktoré poskytujú informácie o hmotnosti a náboji atómov zapojených do chemickej reakcie.

Švédsky chemik Jons Jakob Berzelius začiatkom 19. storočia vytvoril moderný systém na písanie chemických vzorcov. Pod jeho dohľadom na Kráľovskej švédskej akadémii vied študenti objavili niekoľko nových prvkov, vrátane vanádu a lítium a sám Berzelius objavil niekoľko prvkov a určil molekulovú hmotnosť takmer všetkých známych prvkov na čas. Pre zjednodušenie vzorcov s toľkými prvkami vytvoril Berzelius jedno- a dvojpísmenové symboly, ktoré reprezentujú prvky. V tom čase bol počet všetkých prvkov v molekule označený horným indexom. Čísla dolného indexu dnes ukazujú proporcie prvkov.

Čísla horného indexu teraz definujú izotopy v chemických vzorcoch. Izotopy sú odrody rovnakého chemického prvku, ktoré majú rôznu hmotnosť. Počet protónov, kladne nabitých subatomárnych častíc, určuje identitu prvku. Prvky však môžu mať rôzny počet neutrónov, neutrálne nabitých subatomárnych častíc, a stále si zachovávajú svoju elementárnu identitu. Chemické vzorce používajú na označenie hmotnosti izotopu horné číslo pred symbolom prvku.

Napríklad urán môže mať 141 až 146 neutrónov, hoci viac ako 99 percent uránu v prírode obsahuje 146 neutrónov. So 146 neutrónmi je atómová hmotnosť uránu 238 atómových hmotnostných jednotiek, takže horný index 238 pred symbolom uránu U označuje tento izotop. Izotop so 143 neutrónmi používaný v jadrovej energii a zbrojení je označený horným indexom 235, čo naznačuje jeho atómovú hmotnosť 235. Vzorce pre mnohé štandardné chemické reakcie nepoužívajú horné čísla pre izotopy, keď prvky majú spoločnú atómovú hmotnosť, aj keď by nebolo nesprávne uvádzať, že v horný index.

Chemické vzorce môžu tiež používať horný index za chemickým symbolom na identifikáciu iónov. Ióny sú atómy alebo molekuly, ktoré nemajú rovnaký počet protónov a elektrónov, negatívne nabitých subatomárnych častíc. Tak sa vytvorí atóm alebo molekula, ktorá je buď negatívne nabitá, anión alebo kladne nabitá, katión. Znamienko plus alebo mínus v hornom indexe za chemickým symbolom ukazuje tento náboj. Číslo pred znamienkom plus alebo mínus označuje úroveň nabitia. Napríklad horný index 3+ naznačuje, že ión má tri ďalšie protóny ako elektróny.

Napríklad môže existovať prvok meď bez jedného alebo dvoch elektrónov. Ak chýba jeden elektrón, je ión medi označený jedným horným indexom plus za ním symbol, Cu. Ak chýbajú dva elektróny, má ión, nazývaný meďnatý, symbol Cu a za ním +2 horný index. Ak molekula existuje ako izotop, chemický vzorec to naznačuje umiestnením celého molekulárneho vzorca do zátvoriek, za ktorým nasleduje horný index zobrazujúci náboj.