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炸药爆炸质量会发生变化?化学反应质量守恒!但质量真的减少了!

 星辰大海种花家 2019-07-31

我们常说的炸药大都指TNT,爆炸极其剧烈,但其威力再大仍然属于化学反应!初中化学告诉我们,化学反应前后质量守恒,从这个意义上来理解是没有问题的!因为在俄国科学家罗蒙索诺夫在1756年就发现了,而且拉瓦锡通过大量定量实验,发现在化学反应过程中,参与反应的各物质总量等于反应生成后的物质总量!

这就是著名的质量守恒定律,当然这个理解在宏观意义上是没有问题的,事实上尽管化学变化中质子与中子以及核外电子的数量并没有发生变化,但核外电子的位置发生了变化,从理论上来看这会产生质量变化,当然在中学化学中我们还知道了另一个概念!

当然这道选择题大家应该都会做,但这问题可能依然萦绕在各位的脑门上,为什么数量与种类都没有变化,怎么就发生质量变化了呢?

一、裂变和聚变的质量变化来自哪里?

为什么化学变化中扯上核能?因为化学变化中的质能变化与原子核中能量释放的质能变化有区别,因此我们必须区别开来解释!

独立质子和中子的质量总是大于它们组成的原子核的的总质量,比如:

质子的静止质量为:1.007276u

中子的静止质量为:1.008665u

两者组成的氘元素质量为:2.013553u

两者质量差异为:0.002388u,对应的能量释放为:3.564×1 0^-13J

看起来不大是吧,但这是一颗中子和一颗质子结合时所释放的能量!假如一克质量的质子与中子结合,将会有多大?即使不用计算,目测也知道是个天文数字了!

为什么两者结合数量没有变化,但质量变化了?

我们都知道轻夸克质量几乎可以忽略,但由轻夸克组成的质子和中子质量却很大,当然这中间的质量贡献者是夸克间的超强相互作用,当中子与质子或者质子与质子结合时,相互作用力相应减小,因此组成的原子核总质量就下降了!

二、化学变化中的质量亏损又来自哪里呢?

毕竟化学变化并不会涉及到原子核级别,最多就是参与的外层电子发生了变化,这也有质量亏损?而事实上确实有,主要来自于储存在物质化学键中的能量!与核聚变中轻夸克之间的强作用力储存了质量一样(外在表现以质量的形式展现),它的变化产生了巨大的能量!而化学键则在化学反应中已经储存了能量,这个能量来自于物质的化学属性!

因此当发生化学反应时,原本结合在化学键中的能量得到了释放,而这些能量的释放则伴随着质量的减少,跟质子和中子内部的轻夸克强作用力减小有着异曲同工之妙!

最后来简单算个1吨TNT爆炸时的质量亏损大概有多少?

1吨标准TNT的能量为:4184000000J

那么根据E=MC^2,则M=E/C^2=0.04655毫克

一吨TNT爆炸后质量减少了0.04655毫克的质量,尽管这是一个可计算值,但事实上难以找到一台合适的计量工具称出这个质量差异!因此当年拉瓦锡通过实验证明化学反应前后质量守恒以后,再无科学家找出个中的问题!因为亏损的质量实在是太小了!

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