Hur många molekyler finns i en droppe vatten?

Har du någonsin undrat hur många atomer som finns i en droppe vatten eller hur många molekyler som finns i en enda droppe? Svaret beror på din definition av volym av en droppe vatten. Vattendroppar varierar dramatiskt i storlek, så detta startnummer definierar beräkningen. Resten av det är en enkel kemiberäkning.

Låt oss använda volymen på en vattendroppe som används av det medicinska och vetenskapliga samfundet. Den accepterade genomsnittliga volymen för en droppe vatten är exakt 0,05 ml (20 droppar per ml). Det visar sig att det finns över 1,5 sextillionsmolekyler i en droppe vatten och mer än 5 sextilljoner atomer per dropp.

För att beräkna antalet molekyler och atomer i en vattendroppe, måste du veta den kemiska formeln för vatten. Det finns två väteatomer och en syreatom i varje vattenmolekyl, vilket gör formeln H₂O. Så varje vattenmolekyl innehåller 3 atomer.

Bestäm den molära massan av vatten. Gör detta genom att lägga till massan av väteatomer och syreatomer i en mol vatten genom att leta upp atommassan väte och syre på

massvatten = 2 x mass väte + massa syre

massvatten = 2 x 1,008 + 16

massvatten = 18,016 g / mol

Med andra ord har en mol vatten en massa på 18,016 gram.

Använd vattentätheten för att bestämma vattenmassan per volym. De vattentäthet varierar faktiskt beroende på förhållanden (kallt vatten är tätare; varmt vatten är mindre tätt), men det värde som vanligtvis används i beräkningar är 1,00 gram per ml (1 g / ml). Med andra ord, 1 ml vatten har en massa på 1 gram. En droppe vatten är 0,05 ml vatten, så dess massa skulle vara 0,05 gram.

En mol vatten är 18,016 gram, så i 0,05 gram, i en droppe, är antalet mol:

• mol vatten i en droppe = 0,05 gram x (1 mol / 18,016 gram)
• mol vatten i en droppe = 0,002775 mol

Använd slutligen Avogadros nummer för att bestämma antalet molekyler i en droppe vatten. Avogadros nummer säger att det finns 6.022 x 10²³ vattenmolekyler per mol vatten. Så beräknar vi sedan hur många molekyler det finns i en droppe vatten, som vi bestämde innehåller 0,002775 mol:

• molekyler i en droppe vatten = (6.022 x 10²³ molekyler / mol) x 0,002275 mol
• molekyler i en droppe vatten = 1,67 x 10²¹ vattenmolekyler

Sagt på ett annat sätt, det finns det 1,67 sextillion vattenmolekyler i en vattendroppe.

Antalet atomer i en droppe vatten är 3 gånger antalet molekyler:

• atomer i en droppe vatten = 3 atomer / molekyl x 1,67 x 10²¹ molekyler
• atomer i en droppe vatten = 5,01 x 10²¹ atomer

Eller det finns ungefär 5 sextilljoner atomer i en droppe vatten.

En intressant fråga är om det finns fler atomer i en droppe vatten än att det finns droppar vatten i havet. För att bestämma svaret behöver vi vattenvolymen i haven. Källor uppskattar att detta är mellan 1,3 miljarder km³ och 1,5 km³. Jag ska använda USGS (United States Geologic Survey) på 1,338 miljarder km³ för provberäkningen, men du kan använda vilket nummer du vill ha.

1,338 km³ = 1,338 x 10²¹ liter havsvatten

Nu beror ditt svar på storleken på din droppe, så du delar upp denna volym med din droppvolym (0,05 ml eller 0,00005 L eller 5,0 x 10^-5 L är genomsnittet) för att få antalet droppar vatten i havet.

antal droppar vatten i havet = 1,338 x 10²¹ liter total volym / 5,0 x 10^-5 liter per droppe

antal droppar vatten i havet = 2,667 x 10²⁶ droppar

Så det finns fler droppar vatten i havet än det finns atomer i en droppe vatten. Hur många droppar mer beror huvudsakligen på storleken på dina droppar, men det finns det mellan 1 000 och 100 000 fler droppar vatten i havet än atomer i en droppe vatten.

Gleick, P.H. "Var är jordens vatten." Jordens vattenfördelning. U.S. Geological Survey, 28 augusti 2006.