如果把一斤盐,放进一斤水,最终的结果真就

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综述

上小学时,老师就问过我们“一斤棉花和一斤铁哪个更重?”得出来的结论是一样重。因为在这里,斤是质量单位,“哪个更重”是问重量,所以同样质量的铁和棉花,在不考虑浮力的情况下,它们两是一样重的。

不过放在浮力上讲,一斤铁一定会沉下去,而棉花在没有吸饱水之前,一定是浮起来的,这样看上去铁似乎要更重一些,不过学过物理的都知道,这和重量没啥关系,主要是因为密度不同。

在质量与重量两种不同情况下,会得出如此不同的结论,那么如果将一斤盐放入一斤水当中,最终的结果真的就会是两斤吗?

答案是肯定的,但是有很多情况需要我们去考虑。首先我们需要了解一下质量守恒定律。

质量守恒定律

质量守恒,即在任何一个孤立系统中,不论发生什么样的变化,总质量都是不会发生变化的。

将一斤盐溶入一斤水中,在没有任何的水和盐的散失的情况下,整个系统与外界没有任何物质与能量的交换,所以肯定是两斤。组成最终物质的原子并没有发生变化,所以,放盐前后并没有任何质量的变化。

但是在现实生活中,盐与水并不处于一个孤立的系统,我们需要考虑诸多因素。

溶解度问题

溶解度是在一定的温度之下,某一固态的物质在g溶剂里,到达饱和状态时所溶解的质量。溶解度必须要在一定的温度之下,如果温度发生改变,固体物质的溶解度也会发生改变。

物质溶解与否、溶解能力的大小都会影响溶解度。一方面,它取决于物质本身。另一方面,与外界条件有关。在相同条件之下,不同物质在在溶液中的溶解能力各不相同。

在常温常压的状态下,氯化钠(食用盐)的溶解度为35.9g/g。所以,只有3.59两的食盐能够溶解进水。当一斤的盐溶进一斤的水后,总质量并没有两斤,而是是1斤3.59两,剩下6.41两的食盐没有溶解。

但是,盐也分很多种,食盐只是其中一种,盐类化合物家族的成员有很多。

次氯酸银(AgClO4)的溶解度是g/L,

氟化银(AgF)的溶解度是g/L,

硝酸银(AgNO3)的溶解度是g/L。

硝酸银的溶解度高于食盐,若是将一斤的硝酸银放入食盐中,便可完全溶解,最后得到的是两斤的硝酸银溶液。

在室温发生变化时,整个系统是一定会发生变化的。

但是这种变化实在是微乎其微,从我们生活的一天的来看,温差最多也不过20度,且间隔时间较长,这样的变化对于系统的影响并不大。

质能等价

根据狭义相对论的质能方程(E=mc^2),质量和能量并非真正意义上是守恒的,只有质能才是绝对守恒的。

物体所蕴含的固有能量与其质量是等价的,质量在一定在条件下会转化为能量,在核聚变反应中,能量也会反过来转化为质量,布莱特-惠勒过程也是一样。

很多人认为,在核弹爆炸前后,有质量减少,质量转化为了能量释放出来。但实际上,质能方程是描述等价关系,而不是转化关系。

质能等价描述的是,质量和能量其实是一个东西,质量里含有能量,能量里含有质量。

所以,当核弹释放出来的那部分能量,如果你有一个理想的仪器把它们收集起来,然后称量一下,这时,它应该正好等于反应前后损失的质量。

因此,质量守恒是对的,能量守恒也是对的,这样一来,就是质能守恒才是对的。一个系统应该同时遵守这三个守恒。

无论什么过程,质能总和始终维持不变。

对于大部分的盐,它们在溶于水的过程中会放出热量,以电磁波的形式辐射出去。由于体系的总能量下降,所以混合后的总质量其实会降低,小于两斤。

另一方面,诸如氯化铵这样的盐溶于水时会吸热,这样混合后的总体质量升高,大于两斤。只是这种能量变化非常小,使得我们完全可以忽略质量的变化。

在m=E/c^2之下,任何的能量变化都要除以一个c^2,这可是要除以9*10^16。

所以,它在宏观低速的世界中,体现出来时的差异极其小,我们根本感受不到。

了解过质能等价后,我们就需要考虑外部问题。

将一斤盐倒入一斤水而得到两斤,这种情况在封闭系统中是一定能够得出的。因为在封闭的情况下,整个操作过程不会和外界产生任何的物质交换和能量交换,这整个过程不会出现任何的质量损失。因此,最后的结果就是两斤。

但是,在日常生活中,我们处的环境并不是封闭的系统,我们有没有能够达到实验室般,理想封闭状态的条件(即便是实验室要达到理想环境也很艰难)。

这时候,系统就很容易受到来自外界的干扰。

在我们的实验条件其他条件都一致的情况下,你在室温10度,和在室温40度的环境下做实验,最终测到的结果是不同的。

这是因为温度对于系统的影响很大,热传递会使得系统的质量发生变化,也会提升或者降低水汽蒸发的速率。

系统会吸收了来自外界的能量,通过质能等价关系,外界温度大于系统温度,那么质量就上升了。

同样,如果外界的温度低于整个系统的温度,那么系统就会不断地向外辐射能量。所以,当外界温度小于系统温度时,质量就会下降。

结语

在系统与外界没有任何物质和能量的交换时,根据质量守恒,质量不会发生改变。

如果外界和系统有物质和能量的交换,当外界的温度大于系统温度,那么系统的质量会增加;当外界的温度小于系统温度,那么系统的质量会减小。

当然,大家也会疑问是否会因为产生气体,蒸发而影响质量?实际上,如果这里的盐是我们日常食用的食盐,那它并不会与水产生气体,水分也不会蒸发,并不会因为这些问题影响最终质量。




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