〔化学〕〔物理〕化学反应与质能方程式矛盾吗
化学反应一样有质量变化,只不过非常微小,很难测出来。但并不是测不出来,事实上已经有人测过了,有数据。这个问题我在上答过好几次了,懒得再找资料了。手机充电后重量会增加吗? - 张浩的回答 - 2 摩尔的氢气和 1 摩尔的氧气燃烧生成水之后,质量有没有发生变化?电有没有重量? - 张浩的回答 - 为什么吸积盘可以使物质转换出如此大的能量?仅仅因为摩擦生热? - 物理学 -
■网友的回复
个人觉得,您问题当中的「质量守恒」应该指的是中学化学经常提到的「拉瓦锡质量守恒律」。在相对论的框架下,拉瓦锡质量守恒定律的确是错的。根据爱因斯坦质能方程
,一定的质量
对应一定的能量
,二者的定量关系由比例系数「光速的平方」
联系起来。于是,任何体系内能量的变化都会引起相应质量的变化。所谓质量亏损,就是反应前后体系粒子质量的变化。譬如在核反应中,就是指原子核的质量与组成原子核的所有单个质子与单个中子的质量之和的差(原子核的质量小于组成原子核的所有单个质子与单个中子的质量总和,亏损的质量对应结合能,亏损越大结合能越大)。核反应中,质量亏损主要是由反应前后体系能量变化而导致的。由于重核裂变与轻核聚变都属于放能核反应,根据质能方程的涵义,反应后粒子的静质量要减少,即反应后质量要有所亏损,而质量亏损就意味着能量的亏损。化学反应体系中所伴随的能量变化比起核反应来要小得多,但同样遵循相同的质能方程。当发生化学反应并释放能量时,必定失去相应的质量。但由于绝大多数化学反应释放的能量远远小于常见核反应所释放的能量。因此,相比于核反应来说,化学反应的质量亏损往往很小,以致于最精密的仪器都无法测量,只能通过反应释放的能量来推算。这就是为什么在拉瓦锡发现「质量守恒定律」之后,再没有一个化学家在实验室里发现任何一个反例的原因了。严格地讲,化学反应中体系的质量也是不守恒的。考虑到这一原因,我们应该说在反应前后没有可检测的质量变化。正如从卡车上遗落两枚金币,由于两枚金币的质量相对于卡车的质量太小了,以致于卡车质量似乎没有改变。以硝化甘油的爆炸为例,假定反应的起始状态都为 25°C 的标准状况,可以计算出反应前后的质量损失:
反应体系释放的能量等于热量与做功之和:
其中
为反应前后气体的改变量,
。 因此
,对应的质量当量应为
任何原子核的质量均小于构成它们的质子与中子的静止质量之和,这种原子核的质量亏损是原子核形成的过程造成的,质子和中子的静止质量分别为 1.007276u 和 1.008665u ,
核的质量为2.013553u。由此,质量亏损为 0.002388u ,其能量当量为 3.564×
J ,这就是该反应释放的能量,即原子核的结合能。化学变化也是如此,例如
的反应,该反应释放的能量为
,反应中的质量亏损为1.954×
u ,远远小于
核形成时的质量亏损。
形成过程中质量亏损 0.12% ,而甲烷分子形成过程中质量亏损 0.000031% 。 【〔化学〕〔物理〕化学反应与质能方程式矛盾吗】
被用作定义原子量的标准,是指其静止质量为 12u 。由此,我们可以计算该原子在不同的条件下质量的大小,例如原子被加热而获得动能,或由于原子成键形成石墨或金刚石而消耗化学能时,原子的质量都会发生变化。石墨与金刚石之间的转化就可以认为存在质量亏损,尽管这种质量亏损的大小是非常微弱的,但足以引起化学家的关注,化学家应时刻提醒自己原子的质量是与原子的化学状态紧密联系的。
■网友的回复
有质量变化,但是质量变化和反应物质量相比差了好几个数量级,所以质量变化忽略不计,也就有质量守恒。
■网友的回复
怒答,首先一个问题,题主分清楚公式的使用条件,爱因斯坦质能方程主要用于核反应中的质量损失产生的能量的计算,并不是所有的能量计算都可以使用该公式。在化学反应过程中,能量的变化主要是物质内能的变化(可以理解为原子间相互结合方式改变而引起的能量变化),和原子核并没有关系,因此不能使用爱因斯坦质能方程来进行计算。
■网友的回复
测不出来变化,精度不够
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