Kuinka monta molekyyliä on vesipisarassa?

Oletko koskaan miettinyt, kuinka monta atomia on tipassa vettä tai kuinka monta molekyyliä on yhdessä pisaroissa? Vastaus riippuu määritelmästäsi tilavuus vesipisaroita. Vesipisarat vaihtelevat dramaattisesti kooltaan, joten tämä aloitusnumero määrittelee laskelman. Loppuosa siitä on yksinkertainen kemialaskelma.

Käytämme vesipisaran tilavuutta, jota lääketieteellinen ja tiedeyhteisö käyttää. Vesipisaran hyväksytty keskimääräinen tilavuus on tarkalleen 0,05 ml (20 tippaa millilitraa kohden). Näyttää siltä, ​​että vesipisarassa on yli 1,5 sekstillionimolekyyliä ja yli 5 sekstillioniatomia per tippa.

Jotta voidaan laskea molekyylit ja atomien ja vesipisaroiden välillä, sinun on tiedettävä veden kemiallinen kaava. Jokaisessa vesimolekyylissä on kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi, mikä tekee kaavasta H₂O. Joten jokainen vesimolekyyli sisältää 3 atomia.

Määritä veden moolimassa. Tee tämä lisäämällä vety- ja happiatomien massa vesimooliin etsimällä vety- ja happiatomimassa

massavesi = 2 x massavetyä + massahappi

massavesi = 2 x 1,008 + 16

massavesi = 18,016 g / mol

Toisin sanoen yhden moolia vettä on massa 18,016 grammaa.

Veden tiheyden avulla määritetään veden massa tilavuusyksikköä kohti. veden tiheys todellisuudessa vaihtelee olosuhteista riippuen (kylmä vesi on tiheämpää; lämmin vesi on vähemmän tiheää), mutta laskelmissa tyypillisesti käytetty arvo on 1,00 grammaa millilitrassa (1 g / ml). Toisin sanoen 1 millilitran veden massa on 1 gramma. Pisara vettä on 0,05 ml vettä, joten sen massa olisi 0,05 grammaa.

Yksi mooli vettä on 18,016 grammaa, joten 0,05 grammassa yhdessä pisarassa moolien lukumäärä on:

• moolia vettä yhdellä pisaralla = 0,05 grammaa x (1 mooli / 18,016 grammaa)
• moolia vettä yhdessä tipassa = 0,002775 moolia

Lopuksi, käytä Avogadro-numero molekyylien lukumäärän määrittämiseksi pisara vettä. Avogarron numero kertoo meille, että niitä on 6,022 x 10²³ vesimolekyylejä vesimoolia kohti. Joten seuraavaksi laskemme kuinka monta molekyyliä on tipassa vettä, jonka määritimme sisältävän 0,002775 moolia:

• molekyylit tipassa vettä = (6,022 x 10²³ molekyylit / mooli) x 0,002275 moolia
• molekyylit tipassa vettä = 1,67 x 10²¹ vesimolekyylejä

Toinen tapa, siellä on 1,67 sukupolven vesimolekyylejä vesipisaroissa.

Nyt vesipisaroiden atomien lukumäärä on kolminkertainen molekyylien määrään nähden:

• atomit vesipisarassa = 3 atomia / molekyyli x 1,67 x 10²¹ molekyylit
• atomit vesipisarassa = 5,01 x 10²¹ atomia

Tai on noin 5 sukupuoliatomia at tippaa vettä.

Yksi mielenkiintoinen kysymys on, onko vesipisaroissa enemmän atomeja kuin meressä on vesipisaroita. Vastauksen määrittämiseksi tarvitaan valtamerten vesimäärät. Lähteiden mukaan tämä on 1,3 miljardia km³ ja 1,5 km³. Käytän USGS: n (Yhdysvaltain geologinen tutkimus) arvoa 1,338 miljardia km³ otoksen laskennassa, mutta voit käyttää haluamaasi numeroa.

1,338 km³ = 1,338 x 10²¹ litraa merivettä

Nyt vastauksesi riippuu pisaran koosta, joten jaat tämän tilavuuden pisaran tilavuudella (0,05 ml tai 0,00005 L tai 5,0 x 10^-5 L on keskiarvo) saadaksesi vesipisaroiden määrän valtameressä.

vesipisaroiden määrä valtameressä = 1,338 x 10²¹ litraa kokonaistilavuus / 5,0 x 10^-5 litraa / pisara

vesipisaroiden määrä valtameressä = 2 676 x 10²⁶ tipat

Joten, meressä on enemmän vesipisaroita kuin vesipisaroissa on atomeja. Kuinka monta tippaa lisää, riippuu pääasiassa tippojen koosta, mutta niitä on välillä 1 000–100 000 enemmän vesipisaroita valtameressä kuin atomit vesipisaroissa.

Gleick, P.H. "Missä on maapallon vesi." Maan veden jakautuminen. Yhdysvaltain geologinen tutkimus, 28. elokuuta 2006.