Kui palju molekule on ühe tilga vees?

Kas olete kunagi mõelnud, kui palju aatomeid on veetilgas või mitu molekuli on ühes tilgas? Vastus sõltub teie määratlusest maht tilk vett. Veetilkade suurus varieerub dramaatiliselt, nii et see lähtearv määratleb arvutuse. Ülejäänud osa on lihtne keemiaarvutus.

Kasutagem veetilga mahtu, mida meditsiini- ja teadusringkonnad kasutavad. Tilga vee aktsepteeritud keskmine maht on täpselt 0,05 ml (20 tilka milliliitri kohta). Selgub, et tilgas vees on üle 1,5 sekstillioni molekuli ja ühe tilga kohta on üle 5 sextillioni aatomi.

Arvu arvutamiseks molekulid ja aatomid veetilgas, peate teadma vee keemilist valemit. Igas veemolekulis on kaks vesinikuaatomit ja üks hapnikuaatom, mis moodustavad valemi H₂O Niisiis, iga vee molekul sisaldab 3 aatomit.

Määrake vee molaarmass. Selleks liidetakse vesimooli vesinikuaatomite ja hapnikuaatomite mass, otsides vesiniku ja hapniku aatommassi perioodilisustabel. Vesiniku mass on 1,008 g / mol ja hapniku mass on 16,00 g / mol, seega saab vee mooli massi arvutada järgmiselt:

mass vesi = 2 x mass vesinikku + hapniku mass

massvesi = 2 x 1,008 + 16

mass vesi = 18,016 g / mol

Teisisõnu on ühe mooli vee mass 18,016 grammi.

Kasutage vee tihedust, et määrata vee mass ruumalaühiku kohta. vee tihedus tegelikult varieerub sõltuvalt tingimustest (külm vesi on tihedam; soe vesi on vähem tihe), kuid tavaliselt kasutatakse arvutustes väärtust 1,00 grammi milliliitri kohta (1 g / ml). Teisisõnu on 1 milliliitri vee mass 1 grammi. Tilk vett on 0,05 ml vett, nii et selle mass oleks 0,05 grammi.

Üks mool vett on 18,016 grammi, seega 0,05 grammi ühe tilga kohta on moolide arv:

• mooli vett ühe tilgaga = 0,05 grammi x (1 mool / 18,016 grammi)
• mooli vett ühe tilga kohta = 0,002775 mooli

Lõpuks kasutage Avogadro number molekulide arvu määramiseks tilgas vees. Avogadro number ütleb, et neid on 6,022 x 10²³ molekuli vett ühe mooli vee kohta. Järgmisena arvutame välja, kui palju molekule on tilgas vees, mis meie arvates sisaldas 0,002775 mooli:

• molekulid tilgas vees = (6,022 x 10²³ molekulid / mool) x 0,002275 mooli
• molekulid tilgas vett = 1,67 x 10²¹ veemolekulid

Teisisõnu on olemas 1,67 sekstilliooni veemolekulid veetilgas.

Nüüd on veetilgas aatomite arv kolm korda suurem kui molekulide arv:

• aatomid tilgas vett = 3 aatomit molekuli kohta x 1,67 x 10²¹ molekulid
• aatomid tilgas vees = 5,01 x 10²¹ aatomid

Või on umbes 5 sekstilliooni aatomit tilgas vees.

Üks huvitav küsimus on, kas veetilgas on rohkem aatomeid kui ookeanis on veepiisku. Vastuse kindlaksmääramiseks vajame ookeanide veekogust. Allikate hinnangul jääb see vahemikku 1,3 miljardit km³ ja 1,5 km³. Ma kasutan USGS (United States Geologic Survey) väärtust 1,338 miljardit km³ valimi arvutamiseks, kuid võite kasutada ükskõik millist arvu, mida soovite.

1,338 km³ = 1,338 x 10²¹ liitrit merevett

Nüüd sõltub teie vastus tilga suurusest, seega jagate selle mahu tilga mahuga (0,05 ml või 0,00005 L või 5,0 x 10)^-5 L on keskmine), et saada ookeanis tilkade arv.

veetilkade arv ookeanis = 1,338 x 10²¹ liitrit kogumahtu / 5,0 x 10^-5 liitrit tilga kohta

veetilkade arv ookeanis = 2,666 x 10²⁶ piisad

Niisiis, ookeanis on rohkem tilka vett kui tilgas vees on aatomeid. Kui palju tilku veel on, sõltub peamiselt teie tilkade suurusest, kuid on olemas 1000–100 000 rohkem tilka vett ookeanis kui aatomid tilgas vett.

Gleick, P.H. "Kus on Maa vesi." Maa veejaotus. USA geoloogiakeskus, 28. august 2006.