Combien de molécules se trouvent dans une goutte d'eau?

Vous êtes-vous déjà demandé combien d'atomes se trouvent dans une goutte d'eau ou combien de molécules se trouvent dans une seule gouttelette? La réponse dépend de votre définition du le volume d'une goutte d'eau. Les gouttes d'eau varient considérablement en taille, donc ce nombre de départ définit le calcul. Le reste est un simple calcul de chimie.

Utilisons le volume d'une goutte d'eau utilisée par la communauté médicale et scientifique. Le volume moyen accepté d'une goutte d'eau est exactement de 0,05 ml (20 gouttes par millilitre). Il s'avère qu'il y a plus de 1,5 sextillion de molécules dans une goutte d'eau et plus de 5 sextillions d'atomes par gouttelette.

Pour calculer le nombre de molécules et les atomes dans une goutte d'eau, vous devez connaître la formule chimique de l'eau. Il y a deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène dans chaque molécule d'eau, ce qui rend la formule H₂O. Ainsi, chaque molécule d'eau contient 3 atomes.

Déterminez la masse molaire de l'eau. Pour ce faire, en additionnant la masse des atomes d'hydrogène et des atomes d'oxygène dans une mole d'eau en recherchant la masse atomique d'hydrogène et d'oxygène sur le

masse d'eau = 2 x masse d'hydrogène + masse d'oxygène

masse d'eau = 2 x 1,008 + 16

masse d'eau = 18,016 g / mol

En d'autres termes, une mole d'eau a une masse de 18,016 grammes.

Utilisez la densité de l'eau pour déterminer la masse d'eau par unité de volume. le densité de l'eau varie en fait selon les conditions (l'eau froide est plus dense; l'eau chaude est moins dense), mais la valeur généralement utilisée dans les calculs est de 1,00 gramme par millilitre (1 g / ml). En d'autres termes, 1 millilitre d'eau a une masse de 1 gramme. Une goutte d'eau équivaut à 0,05 ml d'eau, sa masse serait donc de 0,05 gramme.

Une mole d'eau représente 18,016 grammes, donc en 0,05 gramme, en une goutte, le nombre de moles est:

• moles d'eau en une goutte = 0,05 grammes x (1 mole / 18,016 grammes)
• moles d'eau en une goutte = 0,002775 moles

Enfin, utilisez Le numéro d'Avogadro pour déterminer le nombre de molécules dans une goutte d'eau. Le nombre d'Avogadro nous dit qu'il y a 6,022 x 10²³ molécules d'eau par mole d'eau. Donc, ensuite, nous calculons combien de molécules il y a dans une goutte d'eau, dont nous avons déterminé qu'elle contient 0,002775 mole:

• molécules dans une goutte d'eau = (6,022 x 10²³ molécules / mole) x 0,002275 mole
• molécules dans une goutte d'eau = 1,67 x 10²¹ molécules d'eau

Autrement dit, il y a 1,67 sextillion de molécules d'eau dans une goutte d'eau.

Maintenant, le nombre d'atomes dans une gouttelette d'eau est 3x le nombre de molécules:

• atomes dans une goutte d'eau = 3 atomes / molécule x 1,67 x 10²¹ molécules
• atomes dans une goutte d'eau = 5,01 x 10²¹ des atomes

Ou, il y a environ 5 sextillions d'atomes dans une goutte d'eau.

Une question intéressante est de savoir s'il y a plus d'atomes dans une goutte d'eau qu'il n'y a de gouttes d'eau dans l'océan. Pour déterminer la réponse, nous avons besoin du volume d'eau dans les océans. Des sources estiment qu'il se situe entre 1,3 milliard de km³ et 1,5 km³. Je vais utiliser la valeur USGS (United States Geologic Survey) de 1,338 milliard de km³ pour le calcul de l'échantillon, mais vous pouvez utiliser le nombre que vous souhaitez.

1.338 km³ = 1,338 x 10²¹ litres d'eau de mer

Maintenant, votre réponse dépend de la taille de votre goutte, donc vous divisez ce volume par votre volume de goutte (0,05 ml ou 0,00005 L ou 5,0 x 10^-5 L est la moyenne) pour obtenir le nombre de gouttes d'eau dans l'océan.

nombre de gouttes d'eau dans l'océan = 1,338 x 10²¹ litres volume total / 5,0 x 10^-5 litres par goutte

nombre de gouttes d'eau dans l'océan = 2,667 x 10²⁶ gouttes

Donc, il y a plus de gouttes d'eau dans l'océan qu'il n'y a d'atomes dans une goutte d'eau. Le nombre de gouttes supplémentaires dépend principalement de la taille de vos gouttes, mais il y a entre 1 000 et 100 000 gouttes d'eau en plus dans l'océan que les atomes dans une goutte d'eau.

Gleick, P.H. "Où est l'eau de la Terre." Distribution d'eau sur Terre. U.S.Geological Survey, 28 août 2006.