一斤水溶一斤盐,最后重量是二斤吗?

其实这个问题要比一般人想象中的要复杂得多,涉及到质能方程,热力学,饱和溶液等相关知识,饱和度的问题,我们先暂且放一放,因为并不影响最终结果,我们就先举例子来说,然后最后做一个总结。

封闭的系统

首先,我们要搞清楚,水和盐以及盛放它们的容器实际上是一个系统。但同样是系统,实际上也有不同的。如果,整个容器是封闭的,与外界是隔绝的,也就是说,和外界没有任何能量的交换,更不会出现能量向外逃逸的情况。

那这个时候,你放系统里面放了多少东西,质量都会是它们的加和,一斤水和一斤盐是如此,即使你放可以反应的东西,比如:钠和水。那这个时候,质量还是不会变得,即使放出了很多热,但由于它并没逃逸出来,所以就不会变。如果你往系统里面放一颗原子弹把它引爆,同样的,质量也不会减少。那具体是因为什么呢?我们下面会详细讲到。

不封闭的系统

但是,我们要知道的是,绝热系统是不可能存在的,上面的只是一个思想实验。一般来说 ,我们在容器里放上水和盐,那整个系统的质量一定不会是2斤,而是在小数点十多位开外有个极其小的变化。

之所以有这样的变化,一共有三种可能性,第一种:外界的温度比系统的温度高。那这个时候,由于热传导的存在,系统会像外界吸收一部分的热量,于是,质量自然就多了。这其实和把两杯温度不同的水放到一起,最后变成一个温度是一个道理。我们在桌上放上一杯水,最后的温度就是会趋近于空气的室温。

同样的道理,如果外界的温度低于容器内溶液的温度,那这个时候就是在外热。整个系统的质量就会降低。

所以,开放的系统,只有三种情况,一种是从外界获得能量,质量上升。一种是向外界释放能量,质量下降。第三种,其实就是正好巧了,可能是吸收的能量和放出的能量正好是一致的,所以,质量不多也不少。

△质能方程

可能你已经在纳闷了,为啥吸收热量就会质量上升,放出热量就会质量下降。我们还会核弹,比如说:氢弹。氢弹爆炸的整个系统其实就是开放的,不是隔绝的。

所以,很多人会说,氢弹爆炸前后,有0.7%的质量亏损,这部分质量转化为了能量释放出来。实际上,这种说法是错误的。0.7%的质量就是质量,它只是还有能量的属性,如果你能称量这部分,就能知道它是具有质量的。而这个看法其实就来自于爱因斯坦的质能方程E=mc^2,我们也叫做质能等价。

意思就是说,质量还有能量,能量还有质量,它们并不是转化关系,一样东西的两个面。

所以,我们第一个例子中,由于是封闭系统,所以无论里面发生了什么,都不会发生质量改变。而第二个是不封闭的系统,这时只要向外放热,质量就会减少,从外面系统,质量就会上升。而质量等价理论的相关实验,其实也已经被实验所证实,并且被广泛使用,尤其是大型对撞机寻找粒子时,就是以这个理论为前提假设。

我们日常生活中之所以察觉不到,主要就是因为它的变化只是太过微小,都是在小数点十多位后才有些许的改变。因此,察觉不到本身是正常的,但科学家已经通过精密的仪器测量出这个微小的差异。

所以,对于任何情况来说,不管发没发生反应,质量守恒是对,能量守恒也对的,质能守恒还是对的。