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Die Formelschreibweise ist die Kurzschrift der Chemie, die mithilfe von Symbolen, Indizes und Koeffizienten die genaue atomare Zusammensetzung von Stoffen beschreibt.
In der Chemie nutzen wir Symbole als Buchstaben und Summenformeln (auch Molekülformeln genannt) als Wörter. Eine Summenformel gibt an, welche Arten von Atomen in einem Molekül oder einer Verbindung vorkommen und in welcher genauen Anzahl sie vorliegen.
Die Anzahl der Atome eines Elements wird durch den Index (die tiefgestellte Zahl rechts neben dem Symbol) angegeben. Ein Index bezieht sich immer nur auf das unmittelbar davorstehende Element. Steht dort keine Zahl, ist implizit eine '1' gemeint, so wie man in einem Rezept 'ein Ei' auch einfach als 'Ei' notiert.
Um auszudrücken, dass mehrere separate Einheiten (z. B. Moleküle) vorliegen, nutzen wir den Koeffizienten. Das ist die große Zahl, die vor der gesamten Formel steht. Man kann sich das wie beim LEGO-Bauen vorstellen: Der Index sagt dir, wie viele Steine in einem Modell verbaut sind, der Koeffizient sagt dir, wie viele identische Modelle du vor dir liegen hast.
Mathematisch gesehen wirkt der Koeffizient wie ein Multiplikator für die gesamte nachfolgende Formel. In 3 H₂O haben wir also drei Wasser-Moleküle. Da jedes Molekül zwei Wasserstoff-Atome hat, ergeben sich insgesamt 3 × 2 = 6 Wasserstoff-Atome.
Klammern in chemischen Formeln, wie etwa in Ca(OH)₂ (Calciumhydroxid), funktionieren genau wie in der Mathematik. Der Index außerhalb der Klammer bezieht sich auf alles, was innerhalb der Klammer steht. Hier sind also zwei OH-Gruppen an ein Calcium-Atom gebunden, was insgesamt zwei Sauerstoff- und zwei Wasserstoff-Atome ergibt.
Wir unterscheiden zudem zwischen der Verhältnisformel und der Molekülformel. Die Verhältnisformel gibt lediglich das einfachste ganzzahlige Verhältnis der Atome zueinander an (besonders wichtig bei Salzen), während die Molekülformel die tatsächliche Anzahl der Atome in einem abgeschlossenen Molekül nennt.
Die Beherrschung dieser Schreibweise ist die absolute Grundlage für die Stöchiometrie (die chemische Mengenlehre). Ohne das korrekte Lesen von Formeln ist es unmöglich, Massen oder Volumina in chemischen Reaktionen korrekt zu berechnen.
Zusammenfassend: Der Index bestimmt die Identität des Stoffes (aus O₂ wird durch Ändern des Index O₃, also Ozon), während der Koeffizient lediglich die Menge des bereits definierten Stoffes verändert.
