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1斤木头燃烧后只剩下不到1两的灰,还有9两多的物质哪去了?

燃烧这种常见的现象是我们人类最早掌握的一种化学反应,这种化学变化最直观的表现就是有火的产生,火是一种高温的等离子体,是一种剧烈的放热现象,能够释放相对大量的能量。

人类一开始发现火这种化学反应以后,虽然不知道其中的本质原因,但是人们很快就意识到火是一个很好的工具,能够用来煮熟食物、取暖、驱赶天敌、开辟荒地。为人类的生存、进化和繁衍提供了不可估量的作用。而且在人类不同的文化背景下都有相关的关于火的图腾和神话。

以前的人们肯定也注意到了,常见的木材、杂草燃烧以后,只剩下了一堆的白灰,那么之前的物质都去哪了?其实关于这个问题人类很早就知道了其中的一部分原因,并给出了当时看来比较准确的解释,不管当时解释的是不是很完善,但这个问题并没有困扰人类多长时间。

人们关于火,以及其他化学反应的了解也是到了近代发现原子以后才初步的掌握了化学反应的本质。它所涉及到的层面只是原子和原子之间的外层电子结合方式的改变,化学键的断裂和重组。也就是反应前后,反应物和生成物的质量是不变的。

因为反应前和反应后,组成物质的原子数量、单个原子的质量、以及元素的种类并没有发生任何变化,所以反应前后质量也不会发生变化。而且人们还发现,不管什么物体,你通过外力也就是物理攻击,不这个物体变成任何形状,质量和之前相比也不会发生变化。于是人们根据所掌握的化学现象和物理现象就总结出来一个铁律:质量守恒定律,也就是物质守恒定理。

还记得我们上中学时学的化学公式吗?就是根据反应前原子的种类和数量来配平方程的。那么化学反应中是什么发生了变化?在化学反应中,一定发生改变的就是分子的种类,和分子的数量也就是物质形态会发生变化。知道了以上的知识,再来看题目,其实这个问题就不是问题。

木材中的成分主要是碳元素、还有一些氢元素和氧元素,以及一些微量的氮、钙、钾、镁、钠、锰、铁、磷、硫。燃烧的过程其实就是一个氧化放热的过程,众多的元素会与氧气结合生成氧化物,而木材中碳的比例高达49~50%,所以大部分的质量就是生成了一氧化碳和二氧化碳消散在了空气中。如果你把这些消散的物质,都收集起来,测量以下其实前后的质量基本上是一致的,这就是我们认为的质量守恒定律。

其实到这里问题都已经解决了,可是科学往往有一定的隐秘性,普通现象背后还有更加深层次的原因。你看,我上文说的是,质量基本一致。换句话说,其实就算你把所有可能的生成物加起来,燃烧反应前后,质量还是会缺失一点点,基本上可以忽略不计,但科学是严谨的,我们需要找到这点缺失的质量去哪了?

其实这个问题也很简单,我们光记得收集反应后生成的物质,却忘了燃烧后还释放了大量的热量。现在我们知道,根据爱因斯坦的著名的质能方程式E=MC^2,告诉我们质量其实并不是宇宙的本质,在宇宙中更加本质的东西其实是能量,换句话说:质量只不过是能量的一种变现形式,它们可以相互转化,而化学反应所释放出的热量,就是损失的一点点质量乘以C^2所转变出来的。这个过程所损失的质量我们根本就无法察觉也无法精确地称出来。

而人们真正发现反应前后出现的质量缺失,是在核反应中发现的,也就是原子核发生聚变、裂变或者是衰变,这个前后损失的质量就比较大,当然释放的能量也就更大。原子弹就是通过以上的基本原理造出来的。至此人们发现坚持了很长时间的质量守恒定律其实并不准确,至少描述的不够完整,所以我们现在将其更名为:能量守恒定律。

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