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自然界的基本定律之一。在任何與周圍隔絕的物質系統(孤立系統)中,不論發生何種變化或過程,其總質量保持不變。

1簡解

質量守恆定律簡解
18世紀時法國化學家拉瓦錫從實驗上推翻了燃素說之後,這一定律始得公認。20世紀初以來,發現高速運動物體的質量隨其運動速度而變化,又發現實物和場可以互相轉化,因而應按質能關係考慮場的質量。質量概念的發展使質量守恆原理也有了新的發展,質量守恆和能量守恆兩條定律通過質能關係合併為一條守恆定律,即質量和能量守恆定律。
質量守恆定律在19世紀末作了最後一次檢驗,那時候的精密測量技術已經高度發達。結果表明,在任何物理反應中質量都不會發生變化。例如,把糖溶解在水裡,則溶液的質量將嚴格地等於糖的質量和水的質量之和。實驗證明,物體的質量具有不變性。不論如何分割或溶解,質量始終不變。在任何化學反應中質量也保持不變。燃燒前炭的質量與燃燒時空氣中消耗的氧的質量之和準確地等於燃燒后所生成物質的質量。
質量守恆定律發現簡史
1756年俄國化學家羅蒙諾索夫把錫放在密閉的容器里煅燒,錫發生變化,生成白色的氧化錫,但容器和容器里的物質的總質量,在煅燒前後並沒有發生變化。經過反覆的實驗,都得到同樣的結果,於是他認為在化學變化中物質的質量是守恆的。但這一發現當時沒有引起科學家的注意,直到1777年法國的拉瓦錫做了同樣的實驗,也得到同樣的結論,這一定律才獲得公認。但要確切證明或否定這一結論,都需要極精確的實驗結果,而拉瓦錫時代的工具和技術(小於0.2%的質量變化就覺察不出來)不能滿足嚴格的要求。因為這是一個最基本的問題,所以不斷有人改進實驗技術以求解決。1908年德國化學家朗道耳特(Landolt)及1912年英國化學家曼萊(Manley)做了精確度極高的實驗,所用的容器和反應物質量為1 000 g左右,反應前後質量之差小於0.000 1 g,質量的變化小於一千萬分之一。這個差別在實驗誤差範圍之內,因此科學家一致承認了這一定律。

2發展

自從愛因斯坦(Einstein)提出狹義相對論和質能關係公式(E=mc2)以後,說明物質可以轉變為輻射能,輻射能可以轉變為物質。這個結論對質量守恆定律在化學中的應用有何影響呢?實驗結果證明1 000 g硝化甘油爆炸之後,放出的能量為8.0×10^6 J。根據質能關係公式計算,產生這些能量的質量是8.9×10^-8 g,與原來1 000 g相比,差別小到不能用現在實驗技術所能測定。從實用觀點來看,可以說在化學反應中,質量守恆定律是完全正確的。
20世紀以來,人們發現原子核裂變所產生的能量遠遠超過最劇烈的化學反應。1 000 g 235U裂變的結果,放出的能量為8.23×10^16 J,與產生這些輻射能相等的質量為0.914 g,和原來1 000 g相比,質量變化已達到千分之一。於是人們對質量守恆定律就有了新的認識。在20世紀以前,科學家承認兩個獨立的基本定律:質量守恆定律和能量守恆定律。現在科學家則將這兩個定律合而為一,稱它為質能守恆定律。
1756年俄國M.V.羅蒙諾索夫首先測定化學反應中物質的重量關係,將錫放在密閉容器中燃燒,反應前後重量沒有變化,由此得出結論:「參加反應的全部物質的重量,常等於全部反應產物的重量。」1774年法國A.-L.拉瓦錫重複類似的實驗,並得出同樣的結論。
由於羅蒙諾索夫和拉瓦錫時代所用的天平不夠精密,所以後來又有不少科學家用更精確的方法證明這一定律。例如19世紀中葉,比利時分析化學家J.-S.斯塔用銀和碘製備碘化銀,所得碘化銀的質量與碘和銀的總質量只相差0.002%。19世紀末,H.H.蘭多爾特用很精密的天平再一次證明這一定律的正確性。
20世紀,A.愛因斯坦發現了狹義相對論,他指出,物質的質量和它的能量成正比,可用以下公式表示:E=mc2式中E為能量;m為質量;c為光速。以上公式說明物質可以轉變為輻射能,輻射能也可以轉變為物質。這一現象並不意味著物質會被消滅,而是物質的靜質量轉變成另外一種運動形式。所以20世紀以後,這一定律已經發展成為質量守恆定律和能量守恆定律,合稱質能守恆定律。

3應用

在物理上,質量守恆主要應用於解決熱學問題以及功能轉換,而質量守恆也可以用於化學方面,如方程式的配平,以及化學元素物質的量計算,主要遵循下列規則
六個不變:
宏觀:1.反應前後物質總質量不變 2.元素的種類不變 3.各元素的總質量不變
微觀:4.原子的種類不變;5.原子的數目不變;6.原子的質量不變。
兩個一定改變:
宏觀:物質種類改變。
微觀:物質的粒子構成方式一定改變。
兩個可能改變:
宏觀:元素的化合價可能改變
微觀:分子總數可能會改變。

4內容

參加化學反應的各物質的質量總和,等於反應後生成的各物質的質量總和。
說明:(1)「質量總和」是指已經「參加」化學反應的所有反應物的質量與所有「生成「的物質質量。
(2)質量守恆定律的適用範圍是化學變化,注意不包括物理變化。
(3)質量守恆定律是指物質的質量守恆,不是體積等其他量的守恆。

5實質

(1)化學反應的過程:參加反應的各反應物的原子重新組合成為各個生成物的過程。
(2)實質:反映前後原子的種類不會改變,原子的數目也沒有變化。所以,化學反應前後各個物質的質量總和
必然相等。
六個不變:
宏觀:反應前後物質的總質量不變,元素的種類不變,原子的質量不變。
微觀:原子的種類不變,原子的數目不變,原子的質量不變。
兩個一定變:
宏觀:物質的種類一定變
微觀:分子的種類一定變
兩個可能變:分子的數目可能改變,原子團可能改變。

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