Wie viele Moleküle befinden sich in einem Wassertropfen?

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

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

Um die Anzahl der zu berechnen Moleküle und Atome in einem Wassertropfen müssen Sie die chemische Formel von Wasser kennen. In jedem Wassermolekül befinden sich zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom, wodurch die Formel H entsteht₂Ö. Jedes Wassermolekül enthält also 3 Atome.

Bestimmen Sie die Molmasse von Wasser. Addieren Sie dazu die Masse der Wasserstoffatome und Sauerstoffatome in einem Mol Wasser, indem Sie die Atommasse von Wasserstoff und Sauerstoff auf dem Periodensystem. Die Masse an Wasserstoff beträgt 1,008 g / mol und die Masse an Sauerstoff beträgt 16,00 g / mol, so dass die Masse eines Mols Wasser wie folgt berechnet werden kann:

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.

Verwenden Sie die Wasserdichte, um die Wassermasse pro Volumeneinheit zu bestimmen. Das Dichte des Wassers variiert tatsächlich abhängig von den Bedingungen (kaltes Wasser ist dichter; warmes Wasser ist weniger dicht), aber der typischerweise in Berechnungen 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 g betragen.

Ein Mol Wasser ist 18.016 Gramm, also ist in 0,05 Gramm in einem Tropfen die Anzahl der Mol:

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

Schließlich verwenden Avogadros Nummer um die Anzahl der Moleküle in einem Wassertropfen zu bestimmen. Die Avogadro-Nummer sagt uns, dass es 6,022 x 10 gibt²³ Wassermoleküle pro Mol Wasser. Als nächstes berechnen wir, wie viele Moleküle sich in einem Wassertropfen befinden, von dem wir festgestellt haben, dass er 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, es gibt 1,67 Sextillionen Wassermoleküle in einem Wassertropfen.

Die Anzahl der Atome in einem Wassertropfen beträgt nun 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 es gibt ungefähr 5 Sextillionen Atome in einem Wassertropfen.

Eine interessante Frage ist, ob ein Wassertropfen mehr Atome enthält als Wassertropfen im Ozean. Um die Antwort zu bestimmen, benötigen wir das Wasservolumen in den Ozeanen. Quellen schätzen dies 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

Jetzt hängt Ihre Antwort 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 Tropfen mehr vorhanden sind, hängt hauptsächlich von der Größe Ihrer Tropfen ab zwischen 1.000 und 100.000 mehr Wassertropfen im Ozean als Atome in einem Wassertropfen.

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