物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

何生


物质会消失,但只设计到核能的转换时才会这样,它的消失换取的是能量。但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,另外的9斤物质并没有消失,也没有转换成能量。


这很容易理解,因为这个燃烧过程并没有发生核裂变或者核聚变,煤只是从一种状态转换成另一种状态,而燃烧产生的热能光能,也不是煤转换成的,只是煤和氧气发生的氧化反应释放的能量。


事实上,燃烧的本质也正是氧化反应,这个过程中只有(化学反应)化学键的断开和重建,并没有原子核的分裂和聚合,所以消失的9斤煤,绝对不是变成了能量,而是以另外一种形式的物质存在,那么9斤的煤转变成了什么我们看不见的物质?从而以为它消失了?

这很简单,煤的组成元素一般有C、H、O、N、S以及其他少量的元素,既然只发生化学反应,那么燃烧后的物质也同样含有这些元素,只不过它们变得不可见了,或者不容易让我们看见。


这些看不见的物质主要有水蒸气(H2O)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2),它们都不容易看见,这就会让我们认为消失的9斤煤变成了能量,其实不然,它们只是变成了另一种物质。

除了变成气体,燃烧的产物有一样是我们可见的,这种产物也是我们很多人蹲火堆很讨厌,这就是(黑或白)烟尘,它们一群固体小颗粒,它也能带走很多煤的质量。


科学新视野


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)


钟铭聊科学


按照爱因斯坦的质能方程我们知道能量和质量是可以相互转化的,那么物质就是可以消失转换为能量的,但是这一般只有在核聚变和和核裂变反应中体现明显。例如我们的太阳内核处正在发生着剧烈的核聚变,每秒钟大约有6亿吨的氢元素发生核聚变,最后生成5.95亿吨的氦,而损失的500万吨质量最终按照爱因斯坦质能方程转换为光和热,这些能量也变相的转换为地球上的能源例如煤、石油、天然气等。


但是在化学课上我们也学习过化学方程式,在方程式的两端物质的质量是相等的。煤炭资源被认为是古生代的孢子植物、中生代的裸子植物、新生代的被子植物,经过漫长时间的地质理化作用,最终形成的富含碳元素的混合物。

在煤炭中可以燃烧的主要是碳元素,最终彻底燃烧生成二氧化碳,不彻底燃烧生成一氧化碳,有的时候如果燃烧特别不彻底会有煤颗粒随着气体散到空中,外在表现就是冒着黑烟。因此说煤炭燃烧前的质量加参与燃烧氧气的质量等于燃烧后剩余的煤灰质量,加上逃散至空中二氧化碳质量、二氧化硫质量、以及没有参与燃烧直接挥发的一些水气等。


所以说这就是简单的加减法问题,考虑清楚哪些物质参与了化学反应,生成了什么物质固体的或者气体的,反应前后质量是相等的。而那些没有参与化学反应的物质,在高温的环境中是保持固态或者气化进入大气,这就算是物理反应,最终质量也不会变化,这就是质量守恒。而进入宇宙范围内,大量的恒星都在发生核聚变反应,最终质量减小但是生成了能量,可以看成是能量守恒了,总归是不会有任何物种凭空消失的。


科学黑洞


其实这种问题并不难理解,用一句话形容就是:眼见未必为实!一开始我们看到了10斤的煤,燃烧之后变成1斤的灰烬,于是我们疑惑那9斤物质去哪里了?

人类用眼睛能直接看到的物质太少了,因为我们只能看到可见光,而可见光只是光谱中极少的一部分!煤的燃烧是化学反应,这个我们都知道,而化学反应说白了就是物质形态的变化,是原子的重组,是化学键的变化!

那么那9斤物质到底去哪里了?很好理解,变成了我们看不见的各种气体还有灰尘等,比如二氧化碳,一氧化碳(未充分燃烧),二氧化硫,二氧化氮等气体,这些气体我们都无法看到,但我们能感觉到。

比如,用煤炭烧炉子时,如果窗门紧闭没有及时充分通风,就有可能出现煤气中毒事件,这就是我们看不见的有害气体一氧化碳引起的!

当然,除了各种气体,还有能量的产生,不过虽然能量很大,换算成质量会非常小,这个通过爱因斯坦的质能方程就可以计算出来!

总之,10斤煤燃烧是化学反应,质量是守恒的,10斤煤加上燃烧需要的氧气等于最后剩下的灰烬还有燃烧产生的各种气体等!燃烧并不涉及原子结构内部变化,也就是没有核聚变的发生!


宇宙探索


物质不会消失对吗?但10斤煤燃烧后大概只剩1斤灰,那9斤物质去哪里了?

质量守恒是我们中学时候就学过的一个著名定律,在教科书上大家都明白是怎么回事,但在生活中往往有很多因素扰乱我们的视线,比如话题中那十斤煤燃烧后只剩下一斤灰就是一个迷惑了很多人的话题,质量在哪里守恒了,那9斤东西去哪了?

一、煤炭的成分与燃烧过程

要了解煤缺失的质量去哪了,我们必须来了解下煤炭的成分:

煤是古代的植物因地质变迁大规模埋藏于地下经过一系列生物化学和物理变化形成黑色固体可燃性物质!

煤的主要成分是碳,其他还有氢以及氧、氮与硫等,另外还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素,碳、氢、氧是煤炭中的主要成分,占95%以上!煤化程度越高,碳的含量也越高,煤炭的质量也越好!

上图是一份煤炭的工业指标分析表,主要表现的是其发热量以及灰分与水分等燃烧相关的指标,其他成分并没有表现,煤炭在燃烧过程中,理论上大部分物质都可以转换为气体,比如碳燃烧成二氧化碳,氮变成二氧化氮或者其他氮氧化物,硫则成为二氧化硫!但这只是理论上的反应方式而已,而煤炭中仍然存在大量的其他成分,比如矿物质,或者煤矸石与泥土等,这些都是煤炭灰分的主要成分!

C+O2=(点燃)CO2↑

2C+O2=(高温)2CO↑(不完全燃烧时发生)

2H2+O2=(点燃)H2O

S+O2=(点燃)SO2

CO2+C=(高温)2CO↑

2CO+O2=(点燃)2CO2↑

H2O+C=(高温)CO↑+H2↑

上述是煤炭燃烧时的化学反应过程,理论上这些都是气体,因为水会在高温下蒸发成水蒸气,通过炽热煤炭层时换被还原成一氧化碳+氢气,然后再与氧气反应成二氧化碳和水!

二、煤炭中的灰分

所谓的灰分就是煤炭完全燃烧后剩下的灰渣,一般煤的灰分比例从10%-40%不等,甚至可能更高!一般5000kcal/千克的煤灰分比例在20%左右!灰分的比例在一定程度上反映出煤炭的质量,但灰分和热值并没有直接关系,灰分的去处有几处:

1、从炉膛以炉渣的方式冷却后排出

2、随烟气从烟囱以飞灰的方式排出

灰分排放比例的话跟锅炉的比例有差别,一般大型热电厂的煤粉炉,90%都以飞灰的形式排出,10%则是炉渣!

一般环保锅炉都会有一个飞灰与脱硫处理,否则这个对大气的污染是非常严重的,京津冀地区取消不环保燃煤锅炉减少大气污染的政策无疑对改善大气质量有极大的帮助!

三、煤炭燃烧前后质量真的守恒吗?

我们前面废话了那么多,要说明的就是煤炭燃烧前后质量是守恒的,但事实上并非真正守恒,只是从一般意义上来衡量守恒而已,因为差异极小,是可以忽略的范围!

科技发展进入到原子核的时代,我们要以新的眼光来看质量守恒,因为它已经被质能守恒所涵盖,从广义上来说,化学变化也是一种能量释放,而根据质能守恒的方式来衡量,能量发生变化其质量必定会发生变化!因为化学变化尽管没有改变原子的性质,但核外电子重新分布了,它们的能级发生了变化,这意味这质量改变了!那么这个比例大概是多少呢?我们来做个简单计算,看看一吨煤彻底燃烧后会少多少质量!

1千克标准煤炭的热值:29306焦耳,一吨为:29270000焦耳。

根据E=MC^2,那么M=E/C^2

即:3.26×10^-7克

这仅仅是一个可计算值,以现代科技任何一种的衡器都无法测量这个质量亏损,因为它实在是太小了!

现在我们可以回答标题所提出的问题了,十斤煤中大概会有2-3斤灰分,剩下的七八斤质量已经耗散在大气层中了,另外大概有极小一部分已经转换成了能量,而这些能量让我们增加了我们这个世界的无序性,也就是熵增加了!我们所有的活动最终表现都会增加熵,即使可以在局部改变为熵减,但最终它还是增加的!


星辰大海路上的种花家


物质当然会消失,可以转换为能量逐渐消散。煤燃烧后的质量损失是因为大量物质在燃烧反应中转换为气体,如果在封闭的容器中,煤烧尽后整个体系的质量也不变。

煤燃烧是化学变化,化学变化只涉及物质的形态的改变,不涉及物质的属性的改变。煤是远古植物被掩埋后经过复杂的理化反应形成,煤炭层中包含着不可燃烧的煤矸石和可燃烧的煤炭,煤炭是有机物,主要成分元素有碳氢氧氮流硫等,有机物在适当的温度和氧气浓度下能够充分燃烧,产物为二氧化碳、水、二氧化氮、二氧化硫等,还有很多有机物无机物随着烟气飘散,是化学变化,整个过程中只是分子组成的破坏与重构,不涉及元素种类的变化,释放的能量是储存在有机物的碳骨架中的。这也是生物氧化的作用,储存在共轭键等处的能量可以转移到ATP中为生物的各种生命过程供应能量。没燃烧后重量大大降低是由于更多的成分转换为气体消散在自然界中,如果反应实在密闭的容器中进行,反应后总质量不变。

涉及物质质量变化的是核裂变和核聚变那样的物理过程,核裂变的过程中,元素失去中子变为质量分数更低的同位素或者其他元素,过程中涉及质量的微弱变化;核聚变是发生在高温高压环境中的物理过程,由于元素核在高温下以极高的速度热运动,相互之间会相互撞击,在压力的协助下,使电子克服库仑力被压入质子形成新的元素核,也伴随着质量损失。这两个过程中都涉及物质质量向能量的转变。 而在早期的宇宙演化过程中,也有能量转化为物质,最先是在高温下形成一些基础粒子,然后又结合,而在高温下物质结合最容易生成的元素是氢,因为其构造最简单。

物质会消失,物质守恒定律在化学反应条件下是适用的,而在宇宙中或许只能说能量守恒,物质可以转换为能量,能量也可以转换为物质。从这个角度说,物质当然会消失。


来看世界呀


可能小编还没有读过初中,但凡读过初中的人都知道,碳燃烧化学反应,生成二氧化碳,也就是说,煤炭里面的碳元素和氧结合生成二氧化碳气体,跑到了大气里面,肉眼是看不到的,所以人为没了。煤炭燃烧剩下的,是灰分,就是不可燃物质,主要是除了碳元素以外的其它物质,钾钙钠硅铝等氧化物。


天高兮云淡


这是多元素转换,IO斤煤烧燃后剩下一点灰粉,其他重量都随热量粉尘飘浮走了,最终它的重量还是返落地球上来。


我的名字白兴长明白吗


认得字是好事,但还远远不够,必须对基本的科学规律有一个大致的了解,所以中国的基础教育不仅仅是为了扫盲,而且还要提高公民的科学素养。

提问者如果年龄超过了60岁,提出这样的问题情有可原,因为早年我们的基础教育还不行。但其中的民科特色却不值得提倡。如果提问者还年轻,我佩服你怎么认得真么多的字?

煤的燃烧属于化学反应,生成的产物大多变成了二氧化碳、二氧化硫、水汽等,这煤灰是某些无法燃烧的矿物质等(因煤是化学成分比较复杂的混合物,所以燃烧后的产物还是比较复杂的)。所以煤燃烧后的产物你不能仅仅盯住煤灰。

由于燃烧属于化学反应,所以符合能量守恒和质量守恒定律。但如果是核反应,那就只能是质和能合起来守恒了。


快乐老嗲


学过化学的人都必须知道一个定律,那就是质量守恒定律。因为该定律是平衡反应式必须遵守的定律,离开这个定律,我们将写出来反应方程式,很多反应也无法计算期望产率。而质量守恒定律,说的就是任何化学反应,在和周围孤立隔绝的体系中,反应前的质量都会和反应后质量相等。而煤燃烧,本身就是一个化学反应,所以煤炭燃烧完后,体系的质量也没有发生变化,变化的只是组成煤炭的原子的组成形式。



煤炭的燃烧过程很简单,主要就是煤炭和氧气的燃烧反应。煤炭中的主要成分是碳化合物,碳化合物和氧气反应会生成二氧化碳、一氧化碳(氧气不充足的情况下)以及水。当然,煤炭中还还有硫、铁、硅、铝等元素,这些元素燃烧后会生成二氧化硫以及各种元素的氧化物。由于二氧化碳、一氧化碳、水蒸气、二氧化硫都是气体,所以煤炭燃烧后大部分物质变成了气体跑了。剩下的固体废渣(煤灰)主要是二氧化硅和各种金属氧化物。故而,看上去好像煤炭燃烧后质量变少了,但其实主要的物质都变成了气体。如果把煤炭燃烧的物质都收集回来,我们会发现煤炭燃烧后,其质量并没有发生改变。



当然,有人说煤炭燃烧不是释放了热能吗?根据爱因斯坦的质能转化公式E=MC2,煤燃烧的质量会变小。实际情况确实是这样,但问题是煤炭燃烧释放的能量并不是很多,10斤煤燃烧后,由于能量减少而损失的质量连1ug都不足,即便是使用世界最精密的天枰,也称不出少的质量来。



所以说,10斤煤燃烧,仍符合质量守恒定律。


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