為什麼總有人問「一斤水溶一斤鹽，重量是二斤嗎？」這種問題

2020-10-03 化浪說化

一斤水溶一斤鹽，最後重量是二斤嗎？


其實這就是一個一加一的問題，因為這問題只需簡單理解即可！但既然放到了文章上來討論，那麼不妨在較真一下！如果將小數點精確到數十位的話，它的質量還真有些許變化！



中學化學知識告訴我們，化學反應前後質量守恆！這一點從18世紀中葉起就已經被確定了，而無數化學家經過難以計數的驗證，都無法找到這個質量守恆之間是否存在漏洞！但事實上，時間到了二十世紀初，物理學家對微觀世界的進一步認識，而且愛因斯坦也在前人的成果上繼而推導出了質能方程，才得以讓我們了解到一個全新的世界！因此從此時開始，化學反應並不是絕對的質量守恆，而只是相對的條件下保持守恆！


一、不再質量守恆的化學反應


無論是裂變聚變還是化學反應，一旦有能量釋放與吸收，那麼就會伴隨著質量的改變，當然這在裂變與聚變時就有些難以理解，因為在反應先後，質子與中子數都沒有改變，那麼質量虧損來自哪裡？


1、聚變的質量虧損來自哪裡？其實大家都知道，聚變時質子與中子結合在一起的總質量總是小於它們獨立時的質量，這個質量差異很小，大約只有0.7%的質量損失！這個質量減小來自於中子與質子內部的夸克作用力減少，表現出來的就是總質量減少！因為組成質子的輕夸克質量幾乎可以忽略，但它們組成的質子卻很重，這表明質量來自於夸克之間傳遞作用力的膠子！



2、化學變化時的質量差異來自哪裡？化學變化並不會改變原子的屬性，但卻會改變核外電子的分布，我們知道核外電子的改變就一定會伴隨著能量的變化，繼而導致質量發生變化，但化學反應能量本身並不大，因此通過質能方程計算出的質量變化就更小了！



二、那些會發生質量變化化學反應


了解了這個原理之後，我們再來討論鹽溶於水中得到多少質量的問題就迎刃而解了！


1、食鹽溶解


食鹽溶解不吸熱也不放熱，但食鹽溶解於水後的鈉離子會使水的分子熱運動強度，因此它會改變溶液的冰點！但食鹽在水中的溶解度是有限的，比如20℃,在100g水裡最多只能溶解36gNaCl，也就是500g水中最多只能溶解180g食鹽，最終獲得680g飽和食鹽水！另外320g食鹽將會以結晶的方式存在水中，但兩者總質量仍然是1千克！



2、硝酸銨溶解


硝酸銨是由銨根離子和硝酸根離子構成的一種化合物，也是鹽的一種！它在溶解時候會吸收大量的熱，而導致溶液冰冷，甚至還可以用來製作冷飲！但各位請勿仿效，在大家的印象中硝酸銨是一種化肥，但它更是一種爆炸物，因此做實驗時必須要小心！


我們回到質量變化上來，因為硝酸銨溶解會吸收大量的熱，因此真正的溶液會大於硝酸銨+水的總質量，但變化及其細微！


3、溶解放熱


鹽類溶解時大多吸熱，比如銨鹽中的氯化銨與硫酸銨等，帶銨根的都吸熱，而氫氧化鈉，氫氧化鈣，氫氧化鋇這些鹼在溶解時則放熱，因此這在這個過程中，這些物質溶解後的總質量將小於原始質量！


其實有這樣的問題也容易理解，搞清楚這個過程也是有必要的，凡事就怕較真！


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