Berekening van het aantal atomen en moleculen in een druppel water

Heb je je ooit afgevraagd hoeveel atomen er in een druppel water zitten of hoeveel moleculen er in een enkele druppel zitten? Het antwoord hangt af van uw definitie van het volume van een druppel water. Waterdruppels variëren enorm in grootte, dus dit startnummer bepaalt de berekening. De rest is een eenvoudige chemieberekening.

Laten we het volume van een waterdruppel gebruiken dat wordt gebruikt door de medische en wetenschappelijke gemeenschap. Het geaccepteerde gemiddelde volume van een druppel water is precies 0,05 ml (20 druppels per milliliter). Het blijkt dat er meer dan 1,5 sextillion moleculen in een druppel water zitten en meer dan 5 sextillion atomen per druppel.

Chemische formule van water

Om het aantal moleculen en atomen in een waterdruppel te berekenen, moet u de chemische formule van water kennen. Er zijn twee waterstofatomen en een zuurstofatoom in elk watermolecuul, waardoor de formule H ontstaat₂O. Dus, elk molecuul water bevat 3 atomen.

Molaire massa water

Bepaal de molaire massa water. Doe dit door de massa waterstofatomen en zuurstofatomen in een mol water op te tellen door de atoommassa van waterstof en zuurstof op te zoeken in het periodiek systeem. De massa waterstof is 1.008 g / mol en de massa zuurstof is 16.00 g / mol, dus de massa van een mol water kan als volgt worden berekend:

massa water = 2 x massa waterstof + massa zuurstof

massa water = 2 x 1.008 + 16

massa water = 18,016 g / mol

Met andere woorden, één mol water heeft een massa van 18,016 gram.

Dichtheid van water

Gebruik de dichtheid van water om de massa water per volume-eenheid te bepalen. De dichtheid van water varieert eigenlijk afhankelijk van de omstandigheden (koud water is dichter; warm water is minder dicht), maar de waarde die meestal wordt gebruikt in berekeningen is 1,00 gram per milliliter (1 g / ml). Met andere woorden, 1 milliliter water heeft een massa van 1 gram. Een druppel water is 0,05 ml water, dus de massa ervan zou 0,05 gram zijn.

Eén mol water is 18,016 gram, dus in 0,05 gram, in één druppel, is het aantal mol:

• mol water in één druppel = 0,05 gram x (1 mol / 18,016 gram)
• mol water in één druppel = 0,002775 mol

Het nummer van Avogrado gebruiken

Gebruik ten slotte het getal van Avogadro om het aantal moleculen in een druppel water te bepalen. Avogadro's nummer vertelt ons dat er 6.022 x 10 zijn²³ moleculen water per mol water. Dus berekenen we vervolgens hoeveel moleculen er in een druppel water zitten, waarvan we hebben vastgesteld dat deze 0,002775 mol bevat:

• moleculen in een druppel water = (6.022 x 10²³ moleculen / mol) x 0,002275 mol
• moleculen in een druppel water = 1,67 x 10²¹ watermoleculen

Anders gezegd, dat zijn er 1,67 sextillion watermoleculen in een waterdruppel.

Nu is het aantal atomen in een druppel water 3x het aantal moleculen:

• atomen in een druppel water = 3 atomen / molecuul x 1,67 x 10²¹ moleculen
• atomen in een druppel water = 5,01 x 10²¹ atomen

Of er zijn er ongeveer 5 sextillion atomen in een druppel water.

Atomen in een druppel water versus druppels in de oceaan

Een interessante vraag is of er meer atomen in een druppel water zitten dan dat er druppels water in de oceaan zijn. Om het antwoord te bepalen, hebben we de hoeveelheid water in de oceanen nodig. Bronnen schatten dat dit tussen 1,3 miljard km ligt³ en 1,5 km³. Ik gebruik de USGS (United States Geologic Survey) -waarde van 1,338 miljard km³ voor de voorbeeldberekening, maar u kunt elk gewenst nummer gebruiken.

1.338 km³ = 1.338 x 10²¹ liters zeewater

Nu hangt uw antwoord af van de grootte van uw druppel, dus u deelt dit volume door uw druppelvolume (0,05 ml of 0,00005 L of 5,0 x 10^-5 L is het gemiddelde) om het aantal druppels water in de oceaan te krijgen.

aantal druppels water in de oceaan = 1.338 x 10²¹ liter totaal volume / 5,0 x 10^-5 liters per druppel

aantal druppels water in de oceaan = 2.676 x 10²⁶ druppels

Er zijn dus meer druppels water in de oceaan dan er atomen zijn in een druppel water. Hoeveel meer druppels hangt voornamelijk af van de grootte van uw druppels, maar die zijn er tussen 1.000 en 100.000 meer druppels water in de oceaan dan atomen in een druppel water.

Bron

Gleick, P.H. "Waar is het water van de aarde." Aardse waterdistributie. U.S. Geological Survey, 28 augustus 2006.