物質是守恆的,10斤煤燃燒只剩1斤灰,那麼另外9斤物質哪去了?
2022-08-17由 艾伯史密斯 發表于 漁業
煤的質量是什麼
煤燃燒是常見的化學反應,煤中的可燃物質與空氣中的氧氣發生化學反應,生成二氧化碳、水等物質,其中絕大部分以氣體形式混合到了空氣當中,剩下少部分固體物質形成了粉煤灰、煤渣等等。
化學反應中的物質守恆
化學物質由原子組成,化學反應的本質就是原子之間化學鍵斷裂和重組,從而實現物質形態的變化,這其中就涉及能量的吸收或者釋放,煤燃燒是典型的放熱過程。
煤的主要成分碳元素,其中還有少量氫元素、硫元素、矽元素等等,最主要的化學反應方程式為:
C+O2=CO2;
單質碳是固體,而生成物二氧化碳在常溫常壓下是氣體,該化學反應過程是滿足質量守恆的,反應前的碳元素和氧氣質量之和,等於反應後的二氧化碳質量。
由於煤當中還有雜質,比如矽的化合物等等,這些化合物反應後還是以固體形式存在,於是形成了粉煤灰、煤渣等殘留物質。
廣義的物質守恆
在相對論的質能守恆中,描述有能量釋放就意味著有質能虧損,但是在化學反應中能量變化是非常小的,造成的質量虧損可以忽略;比如煤的燃燒過程,化學鍵的斷裂和重組會釋放熱輻射(光子),理論上質量守恆也應該把這部分光子質量算上去。
又比如氫氣燃燒的化學反應中,2kg氫氣燃燒將會釋放143兆焦耳的能量,對應的質量虧損約為1。6×10^-9千克,質量虧損率只有幾十億分之一,現有儀器根本無法測量出這麼小的相對質量變化。
但是在核反應中,涉及原子核的重組將會伴隨著巨大的能量變化,就會導致明顯的質量虧損,這時候質量守恆就不再成立了,而是升級為質能守恆,比如氘核與氚核發生聚變,質量虧損率為0。7%,原子彈爆炸的質量虧損率約為0。09%。
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