“質量守恒定律”只適用于化學變化嗎？

摘 要： 質量守恒定律已經成為自然學科的一個普遍運用的規律，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。

關鍵詞： 質量守恒定律 適用 化學變化

教學中，有些教師強調“質量守恒定律”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：“質量守恒定律”通俗地說就是“物質不滅定律”，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“物質不滅定律”的：“物質雖然能夠變化，但是不能消滅或憑空產生。”這里所指的變化，當然包括物理變化和化學變化。

為了調查這種說法在初中化學教師中的認可情況，筆者又進一步上網搜索“質量守恒定律”的教學設計和相關作業，竟然發現有不少相關教學設計都強調“質量守恒定律”只適用于化學變化而不適用于物理變化，還搜索出相關的習題。

如網上有這樣一道題目，100克水與100克酒精混合等于200克的酒精溶液，這一現象能否用質量守恒定律解釋？其給出的答案是不能。原因是根據教科書上的質量守恒定律，“參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和”，而水與酒精混合不是化學反應，所以不適用于質量守恒定律。原本質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的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和”。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，據說是源于某地某次中考出現了一道這樣的考題。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。”亞里士多德是柏拉圖的學生，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修養，要理清概念的外延與內涵。現將“質量守恒定律”的相關資料附后，以供同行參考。

［附1］質量守恒定律簡解

自然界的基本定律之一。在任何與周圍隔絕的物質系統（孤立系統）中，不論發生何種變化或過程，其總質量保持不變。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，人們發現高速運動物體的質量隨其運動速度而變化，又發現實物和場可以互相轉化，因而應按質能關系考慮場的質量。質量概念的發展使質量守恒原理也有了新的發展，質量守恒和能量守恒兩條定律通過質能關系合并為一條守恒定律，即質量和能量守恒定律。

［附2］質量守恒定律的發現

現在我們稱質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造任何東西，因此每一次操作中，操作前后存在的物質總量相等，且其要素的質與量保持不變，只是發生更換與變形，這可以看成為公理。”他的著作使該定律得到廣泛的承認。但是，這一定律是由羅蒙諾索夫在1748年發現的，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，錫發生變化后生成了氧化錫，但容器和物質的總質量在反應前后并沒有改變。經過反復的實驗，都得到相同的結果。于是羅蒙諾索夫認為在化學變化中物質的質量是守恒的。但他的這一發現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，也得到了同樣的結論，這一結論才獲得廣泛認可。但要確切證明或否定這一結論，都需要極精確的實驗結果，而拉瓦錫時代的工具和技術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論，反應前后的質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的，從而使質量守恒定律確立在嚴謹的科學實驗的基礎上，科學家們才一致承認了這一定律。

［附3］質量守恒定律的發展

1905年，愛因斯坦發現了狹義相對論。他指出，物質的質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為質量；c為光速。

以上公式說明物質可以轉變為輻射能，輻射能也可以轉變為物質。這一現象并不意味著物質會被消滅，而是物質的靜質量會變成另外一種運動形式。這個結論與質量守恒定律有何聯系呢？實驗結果證明1000g的硝化甘油爆炸以后，放出的能量為8×10⁶J。根據質能公式計算，產生這些能量的硝化甘油質量是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量守恒定律是完全成立的。

隨著愛因斯坦相對論和質能關系公式的提出，人們對質量守恒定律的認識又有了新的發展，現在科學家把質量守恒定律和能量守恒定律合二為一，稱為質能守恒定律。