简略来说,在任何化学反响中,原子是不会消失,质量是守恒的,但这并不代表固体质量是守恒的。10吨煤经过焚烧之后,只剩大约1吨的灰,这纯属正常现象,并不意味着质量不守恒。
在3亿多年前的地球上,很多成长的蕨类植物和树木逝世之后并没有彻底敏捷腐烂掉。它们之中的一部分被泥沙覆盖住。经过长期的地质效果之后,它们终究固化构成煤炭。
煤的主要成分为碳,这也是它们那么黑的原因。除此外,煤炭中还包含氢、氧、氮和硫等元素。煤的焚烧,本质上便是煤炭中的有机物与空气中的氧气发生了氧化复原反响。经过反响(焚烧)之后,碳会与氧气结合构成二氧化碳,氢会与氧气结组成水蒸气,氮会与氧气结组成气态的氮氧化物,硫会与氧气结组成气态的二氧化硫。这些气体生成之后就会进入大气中,然后使得固体质量看似变少了。
但事实上,煤和参加反响的氧气质量之和,等于终究发生的灰和气体的质量之和。在反响前后,原子品种既没有添加也没有减小,总质量是守恒的。仅仅由于生成了很多气体之后,固体的质量就会削减。
不过,假如要从严厉意义上来说,反响后的质量总和其实会减小,由于真实守恒的是质能总和。依据爱因斯坦的质能方程:E=mc^2,能量与质量在本质上是等价的。
煤炭在焚烧过程中,会发生很多的能量。只需伴随着能量的发生,必定会有质量的丢失。仅仅这种能量都是化学能,能量开释其实并不多,质能方程中的光速平方是一个数值极大的转化因子,这会使得质量改变极小,小到能够忽略不计,在化学改变中能够认为是守恒的。
经过核算可知,10吨煤焚烧之后开释出的能量大约为3.3×10^15焦耳。依据质能方程,焚烧10吨煤会丢失掉37克的质量,所以这种质量改变很小。但要从严厉意义上来说,质量并非守恒,守恒的其实是质能总和。