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质量守恒（自然界的基本定律之一）

次浏览 | 更新时间：2023-05-20

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质量守恒

自然界的基本定律之一

质量守恒：是自然界的基本定律之一。即在任何与周围环境隔绝，包含有物质和能量的孤立系统中，系统内不论发生何种变化或过程，其总质量（和能量）不随时间发生变化。

基本信息

提出时间	1756年
应用学科	物理化学
适用领域	宏观物质、微观物质

简解

18世纪时法国化学家拉瓦锡从实验上推翻了燃素说之后，这一定律始得公认。20世纪初以来，发现高速运动物体的质量随其运动速度而变化，又发现实物和场可以互相转化，因而应按质能关系考虑场的质量。质量概念的发展使质量守恒原理也有了新的发展，质量守恒和能量守恒两条定律通过质能关系合并为一条守恒定律，即质量和能量守恒定律。

质量守恒定律在19世纪末作了最后一次检验，那时候的精密测量技术已经高度发达。结果表明，在任何化学反应中质量都不会发生变化。例如，把糖溶解在水里，则溶液的质量将严格地等于糖的质量和水的质量之和。实验证明，物体的质量具有不变性。不论如何分割或溶解，质量始终不变。在任何化学反应中质量也保持不变。燃烧前炭的质量与燃烧时空气中消耗的氧的质量之和准确地等于燃烧后所生成物质的质量。

质量守恒定律发现简史

1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧，锡发生变化，生成白色的氧化锡，但容器和容器里的物质的总质量，在煅烧前后并没有发生变化。经过反复的实验，都得到同样的结果，于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。但这一发现当时没有引起科学家的注意，直到1777年法国的拉瓦锡做了同样的实验，也得到同样的结论，这一定律才获得公认。但要确切证明或否定这一结论，都需要极精确的实验结果，而拉瓦锡时代的工具和技术(小于0.2%的质量变化就觉察不出来)不能满足严格的要求。因为这是一个最基本的问题，所以不断有人改进实验技术以求解决。1908年德国化学家朗道耳特(Landolt)及1912年英国化学家曼莱(Manley)做了精确度极高的实验，所用的容器和反应物质量为1 000 g左右，反应前后质量之差小于0.000 1 g，质量的变化小于一千万分之一。这个差别在实验误差范围之内，因此科学家一致承认了这一定律。

发展

自从爱因斯坦(Einstein)提出狭义相对论和质能关系公式(E=mc2)以后，说明物质可以转变为辐射能，辐射能可以转变为物质。这个结论对质量守恒定律在化学中的应用有何影响呢？实验结果证明1 000 g硝化甘油爆炸之后，放出的能量为8.0×10^6 J。根据质能关系公式计算，产生这些能量的质量是8.9×10^-8 g，与原来1 000 g相比，差别小到不能用现在实验技术所能测定。从实用观点来看，可以说在化学反应中，质量守恒定律是完全正确的。

20世纪以来，人们发现原子核裂变所产生的能量远远超过最剧烈的化学反应。1 000 g 235U裂变的结果，放出的能量为8.23×10^16 J，与产生这些辐射能相等的质量为0.914 g，和原来1 000 g相比，质量变化已达到千分之一。于是人们对质量守恒定律就有了新的认识。在20世纪以前，科学家承认两个独立的基本定律：质量守恒定律和能量守恒定律。现在科学家则将这两个定律合而为一，称它为质能守恒定律。

1756年俄国M.V.罗蒙诺索夫首先测定化学反应中物质的重量关系，将锡放在密闭容器中燃烧，反应前后重量没有变化，由此得出结论：“参加反应的全部物质的重量，常等于全部反应产物的重量。”1774年法国A.-L.拉瓦锡重复类似的实验，并得出同样的结论。

由于罗蒙诺索夫和拉瓦锡时代所用的天平不够精密，所以后来又有不少科学家用更精确的方法证明这一定律。例如19世纪中叶，比利时分析化学家J.-S.斯塔用银和碘制备碘化银，所得碘化银的质量与碘和银的总质量只相差0.002%。19世纪末，H.H.兰多尔特用很精密的天平再一次证明这一定律的正确性。

20世纪，A.爱因斯坦发现了狭义相对论，他指出，物质的质量和它的能量成正比，可用以下公式表示：E=mc2式中E为能量；m为质量；c为光速。以上公式说明物质可以转变为辐射能，辐射能也可以转变为物质。这一现象并不意味着物质会被消灭，而是物质的静质量转变成另外一种运动形式。所以20世纪以后，这一定律已经发展成为质量守恒定律和能量守恒定律，合称质能守恒定律。

应用

在中学化学中，质量守恒定律的应用：

在物理上，质量守恒主要应用于解决热学问题以及功能转换，而质量守恒也可以用于化学方面，如方程式的配平，以及化学元素物质的量计算，主要遵循下列规则

六个不变：

宏观：1.反应前后物质总质量不变 2.元素的种类不变 3.各元素的总质量不变

微观：4.原子的种类不变；5.原子的数目不变；6.原子的质量不变。

两个一定改变：

宏观：物质种类改变。

微观：物质的粒子构成方式一定改变。

两个可能改变：

宏观：元素的化合价可能改变

微观：分子总数可能改变。

内容

参加化学反应的各物质的质量总和，等于反映后生成的各物质的质量总和。

说明：（1）“质量总和”是指已经“参加”化学反应的所有反应物的质量与所有“生成“的物质质量。

（2）质量守恒定律的适用范围是化学变化，不包括物理变化。

（3）质量守恒定律是指物质的质量守恒，不是体积等其他量的守恒。

实质

（1）化学反应的过程：参加反应的各反应物的原子重新组合成为各个生成物的过程。

（2）实质：反映前后原子的种类不会改变，原子的数目也没有变化。所以，化学反应前后各个物质的质量总和

必然相等。

六个不变：

宏观：反应前后物质的总质量不变，元素的种类不变，原子的质量不变。

围观：原子的种类不变，原子的数目不变，原子的质量不变。

两个一定变：

宏观：物质的种类一定变

围观：分子的种类一定变

两个可能变：分子的数目可能改变，原子团可能改变。

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