物质是守恒的,10斤煤燃烧剩1斤灰,那么另外9斤物质哪去了?

煤燃烧是常见的化学反应,煤中的可燃物质与空气中的氧气发生化学反应,生成二氧化碳、水等物质,其中绝大部分以气体形式混合到了空气当中,剩下少部分固体物质形成了粉煤灰、煤渣等等。

化学反应中的物质守恒

化学物质由原子组成,化学反应的本质就是原子之间化学键断裂和重组,从而实现物质形态的变化,这其中就涉及能量的吸收或者释放,煤燃烧是典型的放热过程。

煤的主要成分碳元素,其中还有少量氢元素、硫元素、硅元素等等,最主要的化学反应方程式为:

C+O2=CO2;

单质碳是固体,而生成物二氧化碳在常温常压下是气体,该化学反应过程是满足质量守恒的,反应前的碳元素和氧气质量之和,等于反应后的二氧化碳质量。

由于煤当中还有杂质,比如硅的化合物等等,这些化合物反应后还是以固体形式存在,于是形成了粉煤灰、煤渣等残留物质。

广义的物质守恒

在相对论的质能守恒中,描述有能量释放就意味着有质能亏损,但是在化学反应中能量变化是非常小的,造成的质量亏损可以忽略;比如煤的燃烧过程,化学键的断裂和重组会释放热辐射(光子),理论上质量守恒也应该把这部分光子质量算上去。

又比如氢气燃烧的化学反应中,2kg氢气燃烧将会释放143兆焦耳的能量,对应的质量亏损约为1.6×10^-9千克,质量亏损率只有几十亿分之一,现有仪器根本无法测量出这么小的相对质量变化。

但是在核反应中,涉及原子核的重组将会伴随着巨大的能量变化,就会导致明显的质量亏损,这时候质量守恒就不再成立了,而是升级为质能守恒,比如氘核与氚核发生聚变,质量亏损率为0.7%,原子弹爆炸的质量亏损率约为0.09%。