Основні хімічні формули здебільшого використовують хімічні символи та номери індексу. Наприклад, загальна молекула води містить два атоми водню і один атом кисню і записується як H2O, причому два з них в нижньому індексі. Однак ця базова установка не завжди розповідає всю історію. Іноді хімічним формулам потрібні надрядкові цифри та символи, щоб дати інформацію про вагу та заряд атомів, що беруть участь у хімічній реакції.
Історія
Шведський хімік Джонс Якоб Берцеліус на початку 19 століття створив сучасну систему написання хімічних формул. Під його керівництвом у Королівській шведській академії наук студенти відкрили кілька нових елементів, включаючи ванадій та літію, а сам Берцелій відкрив кілька елементів і визначив молекулярну масу майже всіх відомих елементів на час. Щоб спростити формули з такою кількістю елементів, Берцеліус створив одно- та двобуквенні символи для представлення елементів. У той час кількість кожного елемента в молекулі вказувалося надрядком. Сьогодні підрядкові номери показують пропорції елементів.
Ізотопи
Надрядкові номери тепер визначають ізотопи в хімічних формулах. Ізотопи - різновиди одного і того ж хімічного елемента, що мають різну масу. Кількість протонів, позитивно заряджених субатомних частинок, визначає ідентичність елемента. Однак елементи можуть мати різну кількість нейтронів, нейтрально заряджених субатомних частинок, і при цьому зберігати свою елементну ідентичність. Хімічні формули використовують верхній індекс перед символом елемента для позначення маси ізотопу.
Приклади
Наприклад, уран може мати 141-146 нейтронів, хоча більше 99 відсотків урану в природі містить 146 нейтронів. При 146 нейтронах атомна маса урану становить 238 одиниць атомної маси, тому верхній індекс 238 перед символом урану, U, вказує на цей ізотоп. Ізотоп із 143 нейтронами, що використовується в ядерній енергетиці та зброї, позначається індексом 235, що вказує на його атомну вагу 235. Формули для багатьох стандартних хімічних реакцій не використовують надрядкові номери для ізотопів, коли елементи мають спільну атомну масу, хоча було б неправильно вказувати, що в верхній індекс.
Іони
Хімічні формули також можуть використовувати верхній індекс після хімічного символу для ідентифікації іонів. Іони - це атоми або молекули, які не мають однакової кількості протонів та електронів, негативно зарядженої субатомної частинки. Це створює атом або молекулу, який є або негативно зарядженим, аніонним, або позитивно зарядженим, катіоном. Знак плюс чи мінус у верхньому індексі після хімічного символу показує цей заряд. Цифра перед знаком плюс або мінус вказує на рівень заряду. Наприклад, верхній індекс 3+ вказує, що іон має на три протони більше, ніж електрони.
Приклади
Як приклад, в елементі міді може існувати відсутність одного або двох електронів. Коли йому бракує одного електрона, іон міді позначається одним надрядком плюс знак після нього символ, Cu. Коли не вистачає двох електронів, іон, званий купричним, має символ Cu, після якого додається +2 дюйма верхній індекс. Якщо молекула існує як ізотоп, хімічна формула вказує на це, розміщуючи повну молекулярну формулу в дужках, після чого надрядковий знак, що відображає заряд.
