Hoeveel moleculen zitten er in een druppel water?

Heb je je ooit afgevraagd hoeveel atomen er in een druppel water zitten of hoeveel moleculen er in een enkele druppel zitten? Het antwoord hangt af van uw definitie van de volume van een druppel water. Waterdruppels variëren enorm in grootte, dus dit startnummer definieert de berekening. De rest is een simpele scheikundige berekening.

Laten we het volume van een waterdruppel gebruiken dat door de medische en wetenschappelijke gemeenschap wordt gebruikt. Het geaccepteerde gemiddelde volume van een druppel water is precies 0,05 ml (20 druppels per milliliter). Het blijkt dat er meer dan 1,5 sextillion-moleculen in een druppel water zitten en meer dan 5 sextillion-atomen per druppel.

Om het aantal te berekenen moleculen en atomen in een waterdruppel, moet je de chemische formule van water kennen. Er zijn twee waterstofatomen en één zuurstofatoom in elk watermolecuul, waardoor de formule H ontstaat₂O. Elk watermolecuul bevat dus 3 atomen.

Bepaal de molmassa van water. Doe dit door de massa waterstofatomen en zuurstofatomen op te tellen in een mol water door de atoommassa van waterstof en zuurstof op te zoeken op de

massa water = 2 x massa waterstof + massa zuurstof

massa water = 2 x 1.008 + 16

massa water = 18,016 g / mol

Met andere woorden, één mol water heeft een massa van 18,016 gram.

Gebruik de dichtheid van water om de watermassa per volume-eenheid te bepalen. De dichtheid van water varieert eigenlijk afhankelijk van de omstandigheden (koud water is dichter; warm water is minder dicht), maar de waarde die doorgaans wordt gebruikt in berekeningen is 1,00 gram per milliliter (1 g / ml). Met andere woorden, 1 milliliter water heeft een massa van 1 gram. Een druppel water is 0,05 ml water, dus de massa is 0,05 gram.

Een mol water is 18,016 gram, dus in 0,05 gram, in één druppel, is het aantal mol:

• mol water in één druppel = 0,05 gram x (1 mol / 18,016 gram)
• mol water in één druppel = 0,002775 mol

Gebruik ten slotte Het nummer van Avogadro om het aantal moleculen in een druppel water te bepalen. Het nummer van Avogadro vertelt ons dat er 6.022 x 10 zijn²³ moleculen water per mol water. Dus berekenen we vervolgens hoeveel moleculen er in een druppel water zitten, waarvan we hebben vastgesteld dat ze 0,002775 mol bevatten:

• moleculen in een druppel water = (6.022 x 10²³ moleculen / mol) x 0,002275 mol
• moleculen in een druppel water = 1,67 x 10²¹ watermoleculen

Anders gezegd, er zijn 1,67 sextiljoen watermoleculen in een waterdruppel.

Nu is het aantal atomen in een druppel water 3x het aantal moleculen:

• atomen in een druppel water = 3 atomen / molecuul x 1,67 x 10²¹ moleculen
• atomen in een druppel water = 5,01 x 10²¹ atomen

Of er zijn er ongeveer 5 sextiljoen atomen in een druppel water.

Een interessante vraag is of er in een waterdruppel meer atomen zitten dan in de oceaan. Om het antwoord te bepalen, hebben we het watervolume in de oceanen nodig. Bronnen schatten dit tussen de 1,3 miljard km³ en 1,5 km³. Ik gebruik de USGS-waarde (United States Geologic Survey) van 1,338 miljard km³ voor de voorbeeldberekening, maar u kunt elk nummer gebruiken dat u wilt.

1.338 km³ = 1,338 x 10²¹ liter zeewater

Uw antwoord hangt nu af van de grootte van uw druppel, dus u deelt dit volume door uw druppelvolume (0,05 ml of 0,00005 L of 5,0 x 10^-5 L is het gemiddelde) om het aantal waterdruppels in de oceaan te krijgen.

aantal druppels water in de oceaan = 1.338 x 10²¹ liter totaal volume / 5,0 x 10^-5 liter per druppel

aantal druppels water in de oceaan = 2,676 x 10²⁶ druppels

Er zijn dus meer waterdruppels in de oceaan dan atomen in een waterdruppel. Hoeveel druppels er nog meer zijn, hangt voornamelijk af van de grootte van je druppels, maar die zijn er wel tussen de 1.000 en 100.000 meer waterdruppels in de oceaan dan atomen in een waterdruppel.

Gleick, P.H. 'Waar is het water van de aarde?' Waterverdeling van de aarde. US Geological Survey, 28 augustus 2006.