人類最偉大的成就是發現並學會了用火,從遠古人用自然界的火種煮熟食物,驅趕野獸,到現代社會用火驅動汽車與飛機,甚至飛向宇宙的火箭仍然在用火!
1斤木頭燃燒後只剩下不到1兩的灰,還有9兩多的物質哪去了?這並不符合我們所知的守恆定律啊,到底是怎麼回事呢?
以前的人們肯定也注意到了,常見的木材、雜草燃燒以後,只剩下了一堆的白灰,那麼之前的物質都去哪了?其實關於這個問題人類很早就知道了其中的一部分原因,並給出了當時看來比較準確的解釋,不管當時解釋的是不是很完善,但這個問題並沒有困擾人類多長時間。
之前在菜葉網上看過相關的資料,在一個密閉的孤立系統內,無論是發生物理變化、還是發生化學變化,其變化前後組成物質的總質量保持不變,這就是著名的物質守恆定律。
該定律能夠推動了人類從更加微觀的角度去認識事物變化的過程,印證了任何事物和物質,既不會平白無故地產生,也不會無緣無故地消失,只能從一種狀態轉化為另外一種狀態,或者從一種物質轉化為另外一種物質。
木材燃燒的過程是一種典型的化學變化,在進行化學反應的分析時,我們一般都會通過列出化學反應式的方式,來判斷舊物質的消耗以及新物質生成之間的對應關係,因此必須要找到參與化學反應的各種物質,然後通過對參與物質化學性質的分析,一般就會比較容易地判斷新生成的物質。
從木材的組成來看,其主要由碳、氫、氧、氮四種元素組成,佔據了木材總質量的99.5%以上,另外還含有微量的礦物質元素,比如鈣、鈉、矽、鎂、鉀等。而碳、氫、氧、氮四種基本元素所形成木材組分,除了水分以外,其餘的基本都是各種有機物質,比如纖維素、半纖維素、木質素,這三種有機物是木材的主要有機成分,其餘的還包括樹脂、生物鹼、果膠、蛋白質、澱粉、精油等等,無機鹽只佔據了很少的部分。
當木材在燃燒時,以碳、氫、氧、氮四種基本元素構成的有機物質,其燃燒產物主要是二氧化碳、一氧化碳、水、二氧化氮等氣體物質,之所以木材在燃燒之後,我們看到的只剩下一點灰燼,質量比原來要輕很多,原因就在於生成的這些物質都以氣態的方式飄散到了空氣中,而留下的灰燼,則是那些不能燃燒的碳酸鹽、鉀鹽、鈉鹽、矽酸鹽等微量的無機鹽類。
按照物質守恆定律,木材燃燒前後,生成的產物與原有參與反應的物質總質量基本一致,之所以用了「基本」二字,是因為從精密的科學角度來看,還是有一定的差異的。這個質量的差異,主要體現在反應剩餘物的總質量,要比反應前的所有參與物的總質量要少那麼一點點。
當然如果繼續深追的話還需要考慮到愛因斯坦的質能方程,宇宙中最本質的就是物質和能量,而愛因斯坦認為某種意義上來講物質和能量是等價的。燃燒反應中必然會釋放熱量,其實這也就意味著質量的減少,當然一般我們都認為可以是忽略不計的,對於燃燒反應遵循質量守恆就是正確的,如果更嚴謹一些可以說成是質能守恆。
所以,木頭燃燒後物質並沒有消失,它只是變成了我們看不到的二氧化碳和水蒸氣跑到空氣中去了。