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为何一斤盐溶于一斤水,很难得到两斤总重?爱因斯坦:质量即能量

常驻编辑 科普中国 2022-07-11 爱因斯坦   硝酸银   能量   质量   守恒定律   热量   科学家   物质   发生   环境
质能守恒定律P0d拜客生活常识网

但是如果要用这一定律来看盐溶于水后的总重变化,似乎并不太准确。P0d拜客生活常识网

盐溶于水的质能变化

一般来说,爱因斯坦的质能方程主要是用于解释核变反应中的质量亏损和计算高能物理中粒子的能量。P0d拜客生活常识网

原子弹爆炸P0d拜客生活常识网

因此一般只有核裂变、核聚变和正反物质的湮灭,才会用到这个公式。P0d拜客生活常识网

现在用于解释盐溶于水的问题,得到的能量变化可能会更小。P0d拜客生活常识网

但是一定要说,也不是不行。P0d拜客生活常识网

溶解过程有条件

我们需要先明确一点,在进行实验的过程中,实验结果会受到多方面因素的影响。P0d拜客生活常识网

如果溶解时的温度、压强和溶剂的种类都会产生不同的结果。P0d拜客生活常识网

盐和水P0d拜客生活常识网

不同溶剂会得到不同结果P0d拜客生活常识网

我们知道,盐的种类有很多,其中大部分在溶于水的过程中都会释放出热量,这种热量就会以电磁波的形式辐射出去P0d拜客生活常识网

也就是说,在这个过程中,当盐的能量下降后,盐与水混合的总质量就会降低,于是我们就会得到1+1的结果。P0d拜客生活常识网

但是还有一些盐,它们在溶于水的过程中,会吸收热量,比如氯化铵,于是我们最后得到的总重量,就会呈现1+1>2的结果。P0d拜客生活常识网

氯化铵P0d拜客生活常识网

比方说,我们在实验中一般用到的就是食盐,也就是氯化钠。P0d拜客生活常识网

在常温常压下100克水只能溶解35.9克的盐,而一斤水是500克,所以最终能够溶于水的盐是3.59两,而剩余的部分就会沉入杯底。P0d拜客生活常识网

也就是说,其中有3.59两的盐,会在溶解的过程中吸收热量,于是此时这部分的质量其实已经增加了。P0d拜客生活常识网

而没有发生反应的6.41两,就不会发生反应,所以质量不会变,那么最后我们得到的总重,就会增加。P0d拜客生活常识网

不同盐的溶解度P0d拜客生活常识网

而如果采用的是硝酸银,在常温常压下,100克的水可以溶解220克的硝酸银。P0d拜客生活常识网

也就是说,一斤的水完全可以将一斤硝酸银溶解,那么在整个反应过程中,温度、能量和质量都不会发生变化,于是我们最后就会得到两斤不饱和的硝酸银溶液P0d拜客生活常识网

不同环境下的实验P0d拜客生活常识网

那么我们现在来考虑在封闭环境和非封闭环境下,得到的实验结果又会是什么样呢?P0d拜客生活常识网

实验环境P0d拜客生活常识网

我们个人一般在做这类实验的时候,肯定无法做到密闭的系统,也就是说,在盐溶于水的过程中,我们肯定会受到外界环境的干扰。P0d拜客生活常识网

我们日常的室温大约在30-40 ,此时环境中的热传递会使得系统的质量发生变化。P0d拜客生活常识网

此时如果采用的水温为20 ,那么这个温度就低于室温,于是水就会“不自觉”地吸收外界的能量,而此时水汽蒸发的速度也很快。P0d拜客生活常识网

水会蒸发P0d拜客生活常识网

那如果,在室温15 的情况下,就会出现和上面相反的情况,此时的室温低于水温,于是水就会散热,但此时水汽蒸发的速度也会变慢。P0d拜客生活常识网

在这两种情况下,我们很难了解到去,水释放和吸收的热量,与具体蒸发的水到底那个更多,所以最后得到的实验结果,就会出现误差P0d拜客生活常识网

而如果我们拥有一个理性的实验环境,保证盐溶于水的过程中,整个系统不会和外界的物质进行能量交换。P0d拜客生活常识网

不同的反应过程P0d拜客生活常识网

那么整个过程也不会有任何质量损失,于是一斤盐溶于一斤水时,就可以得到两斤的总重。P0d拜客生活常识网

可以不用将问题复杂化

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