“質(zhì)量守恒定律”只適用于化學變化嗎？

摘 要： 質(zhì)量守恒定律已經(jīng)成為自然學科的一個普遍運用的規(guī)律，然而，它的適用范圍存在偏誤。本文就此定律進行分析解釋，以便起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞： 質(zhì)量守恒定律 適用 化學變化

教學中，有些教師強調(diào)“質(zhì)量守恒定律”只適用于化學變化，物理變化不適用此定律。對此說法，筆者有一些疑問：“質(zhì)量守恒定律”通俗地說就是“物質(zhì)不滅定律”，這是一個大家都知道的公理，怎么會不適用于物理變化？我國著名的科普作家葉永烈是這樣描述“物質(zhì)不滅定律”的：“物質(zhì)雖然能夠變化，但是不能消滅或憑空產(chǎn)生?！边@里所指的變化，當然包括物理變化和化學變化。

為了調(diào)查這種說法在初中化學教師中的認可情況，筆者又進一步上網(wǎng)搜索“質(zhì)量守恒定律”的教學設(shè)計和相關(guān)作業(yè)，竟然發(fā)現(xiàn)有不少相關(guān)教學設(shè)計都強調(diào)“質(zhì)量守恒定律”只適用于化學變化而不適用于物理變化，還搜索出相關(guān)的習題。

如網(wǎng)上有這樣一道題目，100克水與100克酒精混合等于200克的酒精溶液，這一現(xiàn)象能否用質(zhì)量守恒定律解釋？其給出的答案是不能。原因是根據(jù)教科書上的質(zhì)量守恒定律，“參加化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”，而水與酒精混合不是化學反應，所以不適用于質(zhì)量守恒定律。原本質(zhì)量守恒定律是一個普遍適用的公理，物理變化、化學變化都適用，只是在化學變化中，具體定義為“參加化學反應的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”。怎么能片面地解釋為只有化學變化適用？

部分初中教師之所以會這樣認為，據(jù)說是源于某地某次中考出現(xiàn)了一道這樣的考題。而對這種有明顯科學性錯誤的題目，我們的教師竟然盲從，迷信所謂的專家權(quán)威，以訛傳訛地教授給學生。

筆者想起了亞里士多德的名言：“吾愛吾師，但吾更愛真理?！眮喞锸慷嗟率前乩瓐D的學生，而柏拉圖是當時最著名的大哲學家，當別人問起他為什么要與老師的意見相左時，他作出了上述回答。新課程要求教師要培養(yǎng)學生的探究能力、問題意識，但是教師只有具有不唯上、不唯書、只唯實的科學精神，才可能培養(yǎng)出學生的問題意識、探究能力。如果教師自己都不去獨立思考，沒有問題意識，那么培養(yǎng)學生的探究能力和科學精神就只能是一句空話。所以教師要加強自己的專業(yè)修養(yǎng)，要理清概念的外延與內(nèi)涵?，F(xiàn)將“質(zhì)量守恒定律”的相關(guān)資料附后，以供同行參考。

［附1］質(zhì)量守恒定律簡解

自然界的基本定律之一。在任何與周圍隔絕的物質(zhì)系統(tǒng)（孤立系統(tǒng)）中，不論發(fā)生何種變化或過程，其總質(zhì)量保持不變。18世紀時法國化學家拉瓦錫從實驗上推翻了燃素說之后，這一定律始得公認。20世紀初以來，人們發(fā)現(xiàn)高速運動物體的質(zhì)量隨其運動速度而變化，又發(fā)現(xiàn)實物和場可以互相轉(zhuǎn)化，因而應按質(zhì)能關(guān)系考慮場的質(zhì)量。質(zhì)量概念的發(fā)展使質(zhì)量守恒原理也有了新的發(fā)展，質(zhì)量守恒和能量守恒兩條定律通過質(zhì)能關(guān)系合并為一條守恒定律，即質(zhì)量和能量守恒定律。

［附2］質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)

現(xiàn)在我們稱質(zhì)量守恒定律為羅蒙諾索夫—拉瓦錫定律。拉瓦錫在1789年給這個定律下了定義：“……由于人工的或天然的操作不能無中生有地創(chuàng)造任何東西，因此每一次操作中，操作前后存在的物質(zhì)總量相等，且其要素的質(zhì)與量保持不變，只是發(fā)生更換與變形，這可以看成為公理?！彼闹魇乖摱傻玫綇V泛的承認。但是，這一定律是由羅蒙諾索夫在1748年發(fā)現(xiàn)的，并于1756年用實驗證明的。俄國化學家羅蒙諾索夫把錫放在密閉的容器里煅燒，錫發(fā)生變化后生成了氧化錫，但容器和物質(zhì)的總質(zhì)量在反應前后并沒有改變。經(jīng)過反復的實驗，都得到相同的結(jié)果。于是羅蒙諾索夫認為在化學變化中物質(zhì)的質(zhì)量是守恒的。但他的這一發(fā)現(xiàn)并沒有引起科學家們的注意，直到1777年法國化學家拉瓦錫做了同樣的實驗，也得到了同樣的結(jié)論，這一結(jié)論才獲得廣泛認可。但要確切證明或否定這一結(jié)論，都需要極精確的實驗結(jié)果，而拉瓦錫時代的工具和技術(shù)都不能滿足嚴格的要求，所以后來又有不少科學家用更精確的方法證明這一定律。直到1908年德國化學家郎道耳特及1912年英國化學家曼萊做了精確度極高的實驗來驗證這個結(jié)論，反應前后的質(zhì)量變化小于一千萬分之一，這個誤差是在實驗誤差允許范圍之內(nèi)的，從而使質(zhì)量守恒定律確立在嚴謹?shù)目茖W實驗的基礎(chǔ)上，科學家們才一致承認了這一定律。

［附3］質(zhì)量守恒定律的發(fā)展

1905年，愛因斯坦發(fā)現(xiàn)了狹義相對論。他指出，物質(zhì)的質(zhì)量和它的能量成正比，可用以下公式表示：E=mc²式中E為能量；m為質(zhì)量；c為光速。

以上公式說明物質(zhì)可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩椛淠?，輻射能也可以轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)。這一現(xiàn)象并不意味著物質(zhì)會被消滅，而是物質(zhì)的靜質(zhì)量會變成另外一種運動形式。這個結(jié)論與質(zhì)量守恒定律有何聯(lián)系呢？實驗結(jié)果證明1000g的硝化甘油爆炸以后，放出的能量為8×10⁶J。根據(jù)質(zhì)能公式計算，產(chǎn)生這些能量的硝化甘油質(zhì)量是0.89×10^-7g。從實用角度講，其中的誤差是可以忽略的，即可以認為在化學反應中質(zhì)量守恒定律是完全成立的。

隨著愛因斯坦相對論和質(zhì)能關(guān)系公式的提出，人們對質(zhì)量守恒定律的認識又有了新的發(fā)展，現(xiàn)在科學家把質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律合二為一，稱為質(zhì)能守恒定律。