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1 # 艾伯史密斯
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2 # 科學探索菌
化學能與核能嚴格意義上來講都來自質量虧損,只是對研究學習普通化學無關痛癢,因此中學教材上一般不提,但在量子化學中就要考慮這個問題了。中學中學過的質量守恆定律與能量守恆定律,在物理學中合併成質能守恆定律,才算嚴格正確。
能量的變化必然會引起質量變化,質量與能量可以相互轉化,它們是密不可分的。等你把質能方程E=mc^2理解了就明白了。化學反應引起的質量虧損很小,因此一般忽略不計,而核反應則很明顯。想真正理解這個問題,要從電子層面上來理解。化學反應中化學鍵的的斷裂與結合,本質是電子的躍遷與得失,是原子外層電子結構的變化。電子能級的改變要吸收能量與放出能量,電子的質量必然會發生改變,表現為原子的質量改變,當然會有質量差ΔE。
化學廣義上來說,可以算作物理學的一個分支。所有科學定律只在一定條件下適用,就像牛頓經典力學,嚴格意義上來講,只是相對論在低速狀態下的近似正確。低速狀態下,由於相對論效應很弱,可忽略不計,所以經典物理仍可以用於我們的日常生活。
答:嚴格意義上說,化學能的釋放,肯定伴隨著質量虧損,化學能的釋放和儲存,表現為整個原子的質量變化。
但是高中說的質量守恆,一般意義下也是對的,因為伴隨化學能釋放而損失的質量,幾乎可以忽略,只有核反應中,質量虧損才明顯。
要理解這個質量虧損,我們需要理解質能公式。
質能公式告訴我們,質量和能量是可以相互轉化的,它們同一事物的不同表現形式。
化學能的實質,是原子最外層的電子的轉移和改變,使得原子能級發生變化,過程中吸收或者釋放的能量叫做化學能。
能量釋放的結果,就是原子的平均質量出現了虧損,其大小滿足質能公式。
比如氫氣燃燒:
2H2+O2=2H2O,ΔH=-286KJ/mol;
可以計算:2千克氫氣和1千克氧氣燃燒,放出的能量143000KJ,約42千瓦·時的能量。
根據質能公式,其中虧損的質量為:
Δm=1.43×10^8/299792458^2=1.59×10^-9千克;
可以看出,這個質量虧損是非常小的,在化學反應中,完全可以忽略。
所以高中說的化學反應中質量守恆,在一般意義下是正確的;但是在相對論意義下,就需要進行修正。
不但如此,還有很多相對論的結果,比如手電筒射出的光,因為光是帶能量的,所以嚴格地說,整個手電筒也是存在質量虧損的呢。