Berechnung der Anzahl von Atomen und Molekülen in einem Wassertropfen

Haben Sie sich jemals gefragt, wie viele Atome sich in einem Wassertropfen befinden oder wie viele Moleküle sich in einem einzelnen Tropfen befinden? Die Antwort hängt von Ihrer Definition des Volumens eines Wassertropfens ab. Die Größe der Wassertropfen ist sehr unterschiedlich, daher definiert diese Startnummer die Berechnung. Der Rest ist eine einfache chemische Berechnung.

Verwenden wir das Volumen eines Wassertropfens, das von Medizinern und Wissenschaftlern verwendet wird. Das akzeptierte durchschnittliche Volumen eines Wassertropfens beträgt genau 0,05 ml (20 Tropfen pro Milliliter). Es stellte sich heraus, dass sich in einem Wassertropfen über 1,5 Sextillionen Moleküle und mehr als 5 Sextillionen Atome pro Tröpfchen befinden.

Chemische Formel des Wassers

Um die Anzahl der Moleküle und Atome in einem Wassertropfen zu berechnen, müssen Sie die chemische Formel des Wassers kennen. Es gibt zwei Atome Wasserstoff und ein Atom Sauerstoff in jedem Wassermolekül, wodurch sich die Formel H ergibt₂O. Jedes Wassermolekül enthält also 3 Atome.

Molmasse von Wasser

Bestimmen Sie die Molmasse von Wasser. Addieren Sie dazu die Masse der Wasserstoff- und Sauerstoffatome in einem Mol Wasser, indem Sie die Atommasse von Wasserstoff und Sauerstoff im Periodensystem nachschlagen. Die Masse an Wasserstoff beträgt 1,008 g / mol und die Masse an Sauerstoff beträgt 16,00 g / mol, so dass sich die Masse eines Mols Wasser wie folgt berechnen lässt:

Masse Wasser = 2 x Masse Wasserstoff + Masse Sauerstoff

Masse Wasser = 2 x 1,008 + 16

Masse Wasser = 18,016 g / mol

Mit anderen Worten, ein Mol Wasser hat eine Masse von 18,016 Gramm.

Dichte des Wassers

Verwenden Sie die Dichte des Wassers, um die Masse des Wassers pro Volumeneinheit zu bestimmen. Die Dichte von Wasser variiert tatsächlich in Abhängigkeit von den Bedingungen (kaltes Wasser ist dichter; warmes Wasser ist weniger dicht), aber der bei Berechnungen üblicherweise verwendete Wert beträgt 1,00 Gramm pro Milliliter (1 g / ml). Mit anderen Worten, 1 Milliliter Wasser hat eine Masse von 1 Gramm. Ein Wassertropfen besteht aus 0,05 ml Wasser, seine Masse würde also 0,05 Gramm betragen.

Ein Mol Wasser ist 18,016 Gramm, also beträgt die Molzahl in 0,05 Gramm in einem Tropfen:

• Mol Wasser in einem Tropfen = 0,05 Gramm x (1 Mol / 18,016 Gramm)
• Mol Wasser in einem Tropfen = 0,002775 Mol

Avogrado-Nummer verwenden

Verwenden Sie zum Schluss die Avogadro-Zahl, um die Anzahl der Moleküle in einem Wassertropfen zu bestimmen. Die Avogadro-Nummer gibt an, dass es 6.022 x 10 gibt²³ Wassermoleküle pro Mol Wasser. Als nächstes berechnen wir, wie viele Moleküle sich in einem Wassertropfen befinden, der 0,002775 Mol enthält:

• Moleküle in einem Wassertropfen = (6.022 x 10²³ Moleküle / Mol) x 0,002275 Mol
• Moleküle in einem Wassertropfen = 1,67 x 10²¹ Wassermoleküle

Anders ausgedrückt gibt es 1,67 Sextillionen Wassermoleküle in einem Wassertropfen.

Nun ist die Anzahl der Atome in einem Wassertropfen das Dreifache der Anzahl der Moleküle:

• Atome in einem Wassertropfen = 3 Atome / Molekül x 1,67 x 10²¹ Moleküle
• Atome in einem Wassertropfen = 5,01 x 10²¹ Atome

Oder gibt es etwa 5 Sextillionen Atome in einem Wassertropfen.

Atome in einem Wassertropfen gegen Tropfen im Ozean

Eine interessante Frage ist, ob ein Wassertropfen mehr Atome enthält als Wassertropfen im Ozean. Um die Antwort zu ermitteln, benötigen wir das Wasservolumen in den Ozeanen. Quellen schätzen diesen Wert auf 1,3 Milliarden km³ und 1,5 km³. Ich werde den USGS-Wert (United States Geologic Survey) von 1,338 Milliarden km verwenden³ Für die Beispielberechnung können Sie jedoch eine beliebige Zahl verwenden.

1,338 km³ = 1,338 x 10²¹ Liter Meerwasser

Ihre Antwort hängt nun von der Größe Ihres Tropfens ab. Teilen Sie dieses Volumen durch Ihr Tropfenvolumen (0,05 ml oder 0,00005 l oder 5,0 x 10)^-5 L ist der Durchschnitt, um die Anzahl der Wassertropfen im Ozean zu erhalten.

Anzahl der Wassertropfen im Ozean = 1,338 x 10²¹ Liter Gesamtvolumen / 5,0 x 10^-5 Liter pro Tropfen

Anzahl der Wassertropfen im Ozean = 2,676 x 10²⁶ Tropfen

Es gibt also mehr Wassertropfen im Ozean als Atome in einem Wassertropfen. Wie viele weitere Tropfen es gibt, hängt hauptsächlich von der Größe Ihrer Tropfen ab zwischen 1.000 und 100.000 mehr Wassertropfen im Ozean als Atome in einem Wassertropfen.

Quelle

Gleick, P.H. "Wo ist das Wasser der Erde?" Wasserverteilung der Erde. US Geological Survey, 28. August 2006.