10斤煤燃烧后就剩3斤煤渣,丢失的质量去哪了?

煤是一种可燃的沉积岩,一般是黑色或者棕黑色的。

煤的形成主要过程是这样的:

远古的植物腐败分解被深埋于地下,然后逐渐转化成泥炭,再转化成褐煤、次烟煤、再然后是烟煤。

煤燃烧

一般来说,煤大多数还是直接拿来燃烧的,用到的只要是烟煤,在发电厂,化工厂用的比较多,其次还有冬天的供暖设施也有许多是用烧煤的方式。

除了直接燃烧,还有的时候会对煤进行深加工,这样可以大大提供能量的输出效率。

由于构成煤的主要元素是碳,其次就是氢、硫、氧和氮,在煤燃烧的反应中,碳燃烧是主要的化学反应。

当然,这当中必不可少的肯定有硫燃烧,生成二氧化硫,氮燃烧生成一氧化氮和二氧化氮,这些都是污染气体,以及氢和氧反应生成水。至于碳的反应,也不一定会生成二氧化碳,这是有碳和氧的反应程度来决定,有的时候会生成一氧化碳。因此,我们看到煤的燃烧其实伴随着大量的烟雾。

如果10斤煤燃烧,实际上,参加反应的并不只有10斤的物质,还会有大量的氧气参加反应,这些氧气的质量也要计算在内。而反应后产生反应物有碎渣(这其实有专有名词叫做:粉煤灰),二氧化碳,水蒸气、硫化物、氮氧化物等等气体,我们要注意,这时候还会释放出大量能量。

其中,粉煤灰的剩余的比例不会低到只有反应物的十分之一都不到,如果是10斤的煤炭,最终的粉煤灰还能剩下大概3-5斤左右的水平,这个根据具体煤炭的情况,会有些许不同。而粉煤灰的主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化铁等。

由于燃烧后的粉煤灰所剩的量并不少,而我们国家使用的煤炭量特别多。因此,对于粉煤灰的使用近年来也受到了重视。

“丢失的质量”去哪了?

但其实不管粉煤灰到底会剩下多少,你可能都会想,那剩余的质量到哪里去了?

其实我们只要捋好一条主线就行,这条主线就是:质量守恒定律。

当然,我们的依据不只是这个,我们还要用到爱因斯坦的质能等价。这是爱因斯坦在狭义相对论当中提出来的,他把质量和能量进行了统一,告诉我们,

质量和能量其实是一回事,是一体两面,质量里有能量,能量里有质量。质量不可能抛开能量单独存在,能量也不可能抛开质量单独存在。它们的对应关系可以用质量方程E=mc^2来换算。

所以,质量守恒定律是没有问题,能量守恒问题也是没有问题。我们就可以通过反应前后的质量守恒来找具体丢失的质量。

回到刚才说到的,反应物中,有粉煤灰、各种气体,并且释放出大量的能量。(当然,还会有一些小颗粒,我们暂且把它们算到气体当中)

其中粉煤灰的质量大概在3-5斤,丢失掉的各种质量应该是各种气体的质量,但这并不完全对,实际上应该是:各种气体的质量≈10斤(煤炭)+参加反应的氧气的质量-(3~5)斤(粉煤灰)。

所以,实际上各种气体的质量+粉煤灰的质量是肯定大于10斤的,因为我们要把参与反应的氧气的质量考虑进去。

但如果你注意一下的话,你发现,我刚才用到的是“约等于”的符号“≈”,这是因为还有很小的一部分质量我们没有考虑进去,那就是释放出的能量,我们假设这个能量用符号“E”表示,那么它对应的质量m=E/c^2。

所以,反应前的质量表达式:10斤煤炭+参与反应的氧气的质量。

反应后的质量表达式:粉煤灰的质量(3-5斤)+反应后的气体质量+释放出的能量对应的质量(E/c^2)

所以,我们没有测到的“丢失的质量”其实是反应后的气体质量+释放出的能量对应的质量(E/c^2)