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1斤盐溶于1斤水,总重量是两斤吗?答案并不简单

发表时间:2024/03/27 15:19:56  来源:宇宙时空  浏览次数:958  
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把盐放入水中是我们日常生活中最稀松平常的事,但是我们很少会去考虑盐在溶解以后,盐和水的整体重量是等于2,还是大于2或小于2!

因为这个问题看起来太简单了,好像都不值得我们思考。

但是当你更加深入的了解了物理学以后,就会觉得这个问题其实并非我们想的那么简单,它包含着宇宙中一条隐藏很深真理和一条亘古不变的铁律。

先不说一斤水能不能溶解一斤盐,在我们的常识里,也可以说在人类20世纪之前的认识里,1斤水加1斤盐就是简单的一加一,最终结果就是2斤。

因为盐溶于水就是非常简单的化学溶解反应,反应之后产物原子量、以及原子的种类并没有发生任何改变。

因此我们认为1斤盐放入1斤水结果就是2斤。在初中高中的知识里这一点都没有错,这就是物质守恒定理,或者是质量守恒定律;

这个定律告诉我们,物质在发生任何物理变化(如:捶打变形、加热、冷却)、化学反应(如:氧化、还原)之后,生成的物质总量总是会等于参与反应的物质总量。

通过这个定律,我们就可以对化学反应式进行两边配平。有没有很熟悉的赶脚,配平化学方程是我们每个人都需要掌握的技能,这是学好化学的根本。

简单的举个例子:6HCl + Fe2O3 = 2FeCl3 + 3H2O

上面这个方程式就是盐酸和氧化铁的反应,虽说它们最后的物质形态发生彻底的改变生成了氯化铁和水,但是你应该能看到,反应前和反应后原子的种类和数量并没有发生任何变化。

这就是我们所说的物质(质量)守恒定律。如果仅仅是高中知识的变化,今天的问题也就解决了,1斤盐加1斤水,不管它发生怎样的化学变化,质量是不会变化的。

这也是人类20世纪前的认识,当时质量守恒定律是科学界的一条铁律。

但是今天我们要说的更深一点,也就是大学时期当我们接触了原子核以后、接触了相对论以后,才发现事情并不简单,这也是人类20世纪以后才发现的。

20世纪初,人类已经发现了重元素的衰变现象,这其实是一种原子核的反应,现在我们知道任何比铅重的元素原子核都是不稳定的;

在经历一定时间以后它们就会衰变为比自己更轻的元素,如果衰变后地元素依旧不稳定,那么就会继续衰变,直到稳定的铅元素。

当时人们在元素衰变的过程中就发现了一个奇怪的现象无法解释,就是放射性元素在经历了α衰变、或者β衰变以后,生成的物质质量总是轻微的小于衰变前的物质质量。

这很明显违背了人类几百年认为的质量守恒定律。这个现象也就成为了当时物理学的一大谜题。

新现象的无法解释也就说明了我们对物理学真理的理解存在误差,也就说明了质量守恒定律,这个一直被我们坚信的铁律并不完善。

解决这个问题的人正是1905年的爱因斯坦,他在狭义相对论中通过简单的数学推导得出了那个简短且著名的方程式:E=M*C^2。

这个方程非常简洁,想告诉我们的事也很简单,就是质量只是能量的一种表现形式而已,宇宙中比质量更加基本的是能量,比质量守恒定律更加高层次的是能量守恒定律。

也就是说,一个物质包含的能量包括自己的静止质量,以及自己所具有的动能。而在静止质量中,所包含的质量分为组成物质的粒子所具有的质量,还有粒子之间的结合能。

放射性元素衰变后损失的质量是因为有一部分原子核的结合能通过热量的形式耗散掉了。因为能量和质量等价,因此反应后物质的质量就轻微的损失掉了。

在化学反应的过程中,粒子的种类和数量是没有发生变化,但是化学反应也会放热或者吸收热量,放出的热量,来自于分子或者原子之间化学键中储存的能量;而吸收的热量也会被储存在化学键中。

由于化学反应释放或者吸收的能量微乎其微,因此对反应前后物质质量的影响不是很大,也很难察觉,因此人类在20世纪之前,总是认为物质的质量是守恒的。

但是核反应就不一样了,它损失的能量比较大,相应的质量变化也就比较大,所以直到20世纪初才被人们发现原来反应前后质量不守恒,守恒的其实是能量。

掌握了以上的知识,我们现在就能讨论今天的问题了,1斤盐和1斤水放在一起,质量变化了没有?

这个分两种情况,如果你做实验的系统是一个开放的系统,可以和外界进行热量交换。那么当盐在溶于水中的时候,会轻微的因为化学键的断裂释放能量;

如果这部分能量损耗掉了,也就是以热量的形式耗散掉了,那么反应后的产物总质量是减小的。但我们很难察觉。

如果你做的实验是一个封闭的系统,不会和外界发生任何的热量交换,因此根据能量守恒定律,反应前后你对这个封闭的系统进行测量的话,质量是不会发生任何改变的。

这就是1斤盐溶于1斤水的情况。其实变化微乎其微,基本上都可以忽略掉,你可以认为它生成的反应物就是2斤,也可以认为轻微的小于2斤,其实没人说你是错误的。

但最为根本的是,我们要知道盐在溶于水中的时候发生了什么,我们要知道其中的道理。

你看,一个小小的生活实验,其中就包含了宇宙中最为根本的一个真理和一条铁律。看似简单,但人类发现它们,却花费了非常长的时间。

一个是质量是能量的一种表现形式,它告诉我们能量才是宇宙的基本,能量创造了万物。

一个是能量守恒定律,宇宙诞生开始所具备的能量到它死亡以后,这些能量都不会消失,只是从一种形式转化为了另外一种形式。

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