一滴の水に含まれる分子と原子の数は?

一滴の水に含まれる分子や原子の数を考えたことはありますか?これは、周期表、モル、アボガドロ数を使用して、化学式、単位変換、体積、質量、密度など、いくつかの重要な概念を扱うため、学生が解く一般的な化学の問題です。計算の段階的なガイドは次のとおりです。

平均的な水滴の体積は 0.05 mL です。水滴には 1.5 セクスティリオン (10) を超える分子があり、ドロップには 5 セクスティリオンを超える原子があります。

一滴の水の大きさは?

水滴の体積を定義することは、問題の最初の部分です。水滴は大きさが大きく異なります。医学および科学界では、通常、水滴の平均体積を正確に 0.05 mL と定義しています。これは、1 ミリリットルあたり 20 滴の水があることを意味します。これは、一滴の水の中の分子と原子を計算するための良い出発点です。

水の化学式

水の化学式を使用して、単一分子の質量を決定します。水の化学式はH₂ O は、各水分子に 2 つの水素原子と 1 つの酸素原子があることを意味します。各水分子には合計 3 つの原子が含まれています。

水のモル質量

水のモル質量を求めます。これを行うには、周期表で指定されている水素と酸素の原子質量を調べます。次に、水の分子に水素原子と酸素原子の質量を追加します。水素の質量は 1.008 g/mol、酸素の質量は 16.00 g/mol です。水の 1 モルの質量は次のとおりです。

水の質量 =2 x 水素の質量 + 酸素の質量
質量水 =2 x 1.008 + 16.00
質量水 =18.016 g/mol

1 モルの水の質量は 18.016 グラムです。

水の密度

水の密度を使用して、単位体積あたりの水の質量を求めます。水の密度の値は温度によって異なります (冷水は温水よりも密度が高くなります) が、典型的な値は 1 ミリリットルあたり 1.00 グラム (1 g/mL) です。 1 ミリリットルの水は 1 グラムの質量を持ちますが、水滴は 1 ミリリットルよりも小さい体積です。単位体積あたりの質量に滴の体積を掛けて、滴の質量を求めます。

水滴の質量 =1 g/mL x 0.05 mL
水滴の質量 =0.05 グラム

次に、一滴に含まれる水のモル数を求めます。これは、水のモル質量を使用した基本的なグラムからモル単位への変換です。

水滴のモル =0.05 グラム x (1 モル / 18.016 グラム)
水滴のモル =0.002775 モル

1 滴の水は 0.002775 モルの水です。

アボガドロ数の使用

アボガドロ数とは、1モルあたりの分子の数です。水 1 モルあたり 6.022 x 10 分子の水があります。アボガドロ数を使って、一滴の水に含まれる分子の数を求めます。アボガドロ数に水滴のモル数を掛けます。

水滴中の分子 =(6.022 x 10 分子/モル) x 0.002275 モル
水滴中の分子 =1.67 x 10 水分子

水滴には 1.67 x 10 または 1.67 セクスティリオンの水分子があります。

水分子ごとに 3 つの原子があります。この分子数に 3 を掛けて、水滴に含まれる原子の数を求めます。

水滴中の原子 =3 原子/分子 x 1.67 x 10 分子
水滴中の原子 =5.01 x 10 原子

水滴には 5.01 x 10 または約 5 セクスティリオンの原子があります。

海の水滴

この問題の変形は、海の水滴よりも多くの原子が水滴にあるかどうかを見つけることです。地球の海の体積についてはさまざまな見積もりがあり、13 億 km から 1.5 km の範囲です。米国地質調査所では、1.338 x 10 リットルの海水に相当する 13.38 億 km の値を使用しています。

質問に答えるには、この数値を一滴の体積で割って、海の水滴の数を求めます。

海中の水滴の数 =1.338 x 総体積 10 リットル / 5.0 x 10 リットル/滴
海中の水滴の数 =2.676 x 10 滴

10 は 10 よりも大きいため、一滴の水に含まれる分子や原子よりも多くの水滴が海洋に存在します .水滴のサイズは違いますが、海には水滴の原子よりも 1,000 から 100,000 個多い水滴が存在します。

参照

• Gleick, P.H. (2006 年 8 月 28 日)。 「地球の水はどこだ」 地球の水の分布 .米国地質調査所