Calcularea numărului de atomi și molecule dintr-o picătură de apă

V-ați întrebat vreodată câți atomi sunt într-o picătură de apă sau câte molecule sunt într-o singură picătură? Răspunsul depinde de definiția dvs. a volumului unei picături de apă. Picăturile de apă variază dramatic ca mărime, astfel că acest număr de început definește calculul. Restul este un simplu calcul al chimiei.

Să folosim volumul unei picături de apă care este utilizat de comunitatea medicală și științifică. Volumul mediu acceptat al unei picături de apă este exact 0,05 ml (20 picături pe mililitru). Se pare că există peste 1,5 molecule de sextilion într-o picătură de apă și mai mult de 5 atomi de sextilion pe picătură.

Formula chimică a apei

Pentru a calcula numărul de molecule și atomi într-o picătură de apă, trebuie să cunoașteți formula chimică a apei. Există doi atomi de hidrogen și un atom de oxigen în fiecare moleculă de apă, formând formula H₂O. Deci, fiecare moleculă de apă conține 3 atomi.

Masa molară a apei

Determinați masa molară de apă. Faceți acest lucru adăugând masa atomilor de hidrogen și a atomilor de oxigen într-o molă de apă, căutând masa atomică de hidrogen și oxigen pe masa periodică. Masa de hidrogen este de 1.008 g / mol, iar masa de oxigen este de 16.00 g / mol, deci masa unui mol de apă poate fi calculată după cum urmează:

apă masă = 2 x hidrogen în masă + oxigen în masă

apă masă = 2 x 1,008 + 16

apă masă = 18,016 g / mol

Cu alte cuvinte, o molă de apă are o masă de 18,016 grame.

Densitatea apei

Utilizați densitatea apei pentru a determina masa de apă pe unitatea de volum. Densitatea apei variază de fapt în funcție de condiții (apa rece este mai densă; apa caldă este mai puțin densă), dar valoarea folosită în mod obișnuit în calcule este de 1,00 gram pe mililitru (1 g / ml). Cu alte cuvinte, 1 mililitru de apă are o masă de 1 gram. O picătură de apă este de 0,05 ml de apă, deci masa sa ar fi de 0,05 grame.

O molă de apă este de 18,016 grame, deci în 0,05 grame, într-o picătură, numărul de alunițe este:

• moli de apă într-o picătură = 0,05 grame x (1 mol / 18,016 grame)
• moli de apă într-o picătură = 0,002775 aluniți

Folosind numărul lui Avogrado

În cele din urmă, utilizați numărul lui Avogadro pentru a determina numărul de molecule dintr-o picătură de apă. Numărul lui Avogadro ne spune că există 6.022 x 10²³ molecule de apă per mol de apă. Așadar, urmează să calculăm câte molecule există într-o picătură de apă, pe care am stabilit că conține 0,002775 moli:

• molecule dintr-o picătură de apă = (6,022 x 10)²³ molecule / mol) x 0,002275 moli
• molecule dintr-o picătură de apă = 1,67 x 10²¹ molecule de apă

Altfel spus, există 1,67 molecule de sextilion de apă într-o picătură de apă.

Acum, numărul de atomi dintr-o picătură de apă este 3x numărul de molecule:

• atomi într-o picătură de apă = 3 atomi / moleculă x 1,67 x 10²¹ molecule
• atomi într-o picătură de apă = 5,01 x 10²¹ atomi

Sau, există aproximativ 5 atomi de sextilion într-o picătură de apă.

Atomi într-o picătură de apă vs. picături în ocean

O întrebare interesantă este dacă există mai mulți atomi într-o picătură de apă decât în ​​picături de apă în ocean. Pentru a determina răspunsul, avem nevoie de volumul de apă din oceane. Sursele estimează că aceasta se situează între 1,3 miliarde de km³ și 1,5 km³. Voi folosi valoarea USGS (United States Geologic Survey) de 1.338 miliarde de km³ pentru calculul eșantionului, dar puteți utiliza orice număr doriți.

1.338 km³ = 1.338 x 10²¹ litri de apă de mare

Acum, răspunsul dvs. depinde de dimensiunea picăturii dvs., deci împărțiți acest volum în volumul de picătură (0,05 ml sau 0,00005 L sau 5,0 x 10)^-5 L este media) pentru a obține numărul de picături de apă în ocean.

numărul de picături de apă în ocean = 1.338 x 10²¹ volum total litri / 5,0 x 10^-5 litri pe picătură

numărul de picături de apă în ocean = 2,676 x 10²⁶ picături

Deci, există mai multe picături de apă în ocean decât sunt atomi într-o picătură de apă. Câte alte picături depind în principal de mărimea picăturilor tale, dar există între 1.000 și 100.000 de picături de apă în ocean decât de atomi într-o picătură de apă.

Sursă

Gleick, P.H. „Unde este apa Pământului”. Distribuția apei Pământului. Studiul geologic al S.U.A., 28 august 2006.