Kaj je nadpis v kemijski formuli?

Osnovne kemijske formule večinoma uporabljajo kemijske simbole in številke podpisov. Skupna molekula vode na primer vsebuje dva atoma vodika in en atom kisika in je zapisana kot H2O, pri čemer sta oba v podpisu. Ta osnovna postavitev pa ne pove vedno celotne zgodbe. Včasih kemične formule potrebujejo nadzvočne številke in simbole, ki dajejo informacije o teži in naboju atomov, vključenih v kemijsko reakcijo.

Švedski kemik Jons Jakob Berzelius je v začetku 19. stoletja ustvaril sodoben sistem za pisanje kemijskih formul. Študenti so pod njegovim nadzorom na Kraljevski švedski akademiji znanosti odkrili več novih elementov, med njimi vanadij in litij, Berzelius pa je sam odkril več elementov in določil molekulsko maso skoraj vseh znanih elementov na čas. Da bi poenostavil formule s toliko elementi, je Berzelius ustvaril eno- in dvočrkovne simbole, ki predstavljajo elemente. Takrat je bilo število posameznih elementov v molekuli označeno z nadpisom. Danes podštevilke prikazujejo razmerje elementov.

Nadzvočne številke zdaj opredeljujejo izotope v kemijskih formulah. Izotopi so sorte istega kemičnega elementa, ki imajo različne mase. Število protonov, pozitivno nabitih subatomskih delcev, določa identiteto elementa. Elementi pa imajo lahko različno število nevtronov, nevtralno nabitih subatomskih delcev, in še vedno ohranjajo svojo elementarno identiteto. Kemijske formule uporabljajo nadzvočno številko pred simbolom elementa, da označijo maso izotopa.

Uran, na primer, ima lahko od 141 do 146 nevtronov, čeprav več kot 99 odstotkov urana v naravi vsebuje 146 nevtronov. S 146 nevtroni je atomska teža urana 238 atomskih masnih enot, zato nadpis 238 pred uranovim simbolom U kaže na ta izotop. Izotop s 143 nevtroni, ki se uporablja v jedrski energiji in orožju, je označen z nadpisom 235, kar označuje njegovo atomsko težo 235. Formule za številne običajne kemijske reakcije ne uporabljajo nadpisnih številk za izotope, kadar elementi imajo skupno atomsko maso, čeprav ne bi bilo napačno, če bi navedli, da v nadpis.

Kemične formule lahko za identifikacijo ionov uporabljajo tudi nadpis nad kemijskim simbolom. Ioni so atomi ali molekule, ki nimajo enakega števila protonov in elektronov, negativno nabitih subatomskih delcev. Tako nastane atom ali molekula, ki je bodisi negativno nabit, bodisi anionsko bodisi pozitivno nabit, kation. Znak plus ali minus v nadpisu za simbolom kemikalije prikazuje ta naboj. Številka pred znakom plus ali minus označuje raven napolnjenosti. Na primer nadpis 3+ kaže, da ima ion tri protone več kot elektroni.

Kot primer lahko element baker obstaja brez enega ali dveh elektronov. Ko mu manjka en elektron, je bakrov ion označen z enim samim nadpisom plus za njim simbol, Cu. Ko manjkata dva elektrona, ima ion, imenovan bakreni, simbol Cu, ki mu sledi +2 v nadpis. Če molekula obstaja kot izotop, kemijska formula to pokaže tako, da v oklepaje postavi celotno molekulsko formulo, ki ji sledi nadpis, ki prikazuje naboj.