地球人都知道,木頭是可以燃燒的,而在其燃燒之后,只會剩下少量的灰燼。通常情況下,1斤木頭燃燒后,只會剩下不到1兩的灰燼,那么問題就來了,另外9兩多的物質(zhì)去哪了呢?對于這個問題,可能有人會認(rèn)為,木頭燃燒過程中會產(chǎn)生光和熱,這些都是能量,所以這些物質(zhì)應(yīng)該就是轉(zhuǎn)變成能量了,那事實是否真是這樣呢?
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答案當(dāng)然是否定的。因為質(zhì)量虧損而釋放出的能量,其實比我們想象中的大得多,具體有多大呢?我們不妨舉例說明。
相信大家都聽說過廣島原子彈,相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,這顆原子彈釋放出的能量相當(dāng)于大約2萬噸TNT當(dāng)量,換算下來也就是大約8.4 x 10^13焦耳,由于這些能量其實就是來自于核裂變反應(yīng)過程中的質(zhì)量虧損,因此根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程(E=mc^2),我們將這個能量值除以光速的平方,就可以簡單計算出,廣島原子彈虧損的質(zhì)量大約為0.93克。
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由此可見,如果真的出現(xiàn)了9兩多的質(zhì)量虧損,其釋放出的能量將會有多么恐怖。事實上,盡管從理論上來講,木頭燃燒釋放能量,確實會出現(xiàn)一定的質(zhì)量虧損(質(zhì)能守恒定律),但由于這種質(zhì)量虧損極為微小,因此我們完全可以將其忽略不計。
既然如此,那木頭燃燒后消失的質(zhì)量到底去哪了呢?
木頭其實是一種混合物,其主要構(gòu)成物質(zhì)是纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素,它們都是高分子化合物,主要由碳、氫、氧這三種元素構(gòu)成,除此之外,木頭中還或多或少地含有一些水分,以及少量的其他元素,如鉀、鈣、鐵、鎂、銅、鋅、磷、硫等。
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我們點燃木頭其實是一個持續(xù)加溫的過程,在此過程中,木頭中的水分首先會受熱蒸發(fā),變成水蒸氣彌散到空氣之中,進(jìn)而“帶走”木頭的一部分質(zhì)量,在此之后,隨著溫度的持續(xù)升高,纖維素和木質(zhì)素開始分解,進(jìn)而生成大量的小分子物質(zhì)(如甲烷、甲醇、一氧化碳等)。
接下來,這些小分子物質(zhì)會因為足夠高的溫度而與空氣中的氧氣發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng),此時我們就可以看到木頭被點燃了,而其釋放出的熱量,又會導(dǎo)致木頭中更多的小分子物質(zhì)被不斷地分解出來,然后被點燃,于是木頭就開始持續(xù)地燃燒。
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在木頭燃燒的過程中,會產(chǎn)生大量的氣體,這些氣體主要是二氧化碳和水蒸氣,還可能包括少量的其他氣體(例如二氧化硫、一氧化碳以及其他的一些揮發(fā)性物質(zhì)),它們也會彌散到空氣之中,進(jìn)而“帶走”木頭的一部分質(zhì)量。
實際上,木頭燃燒后消失的質(zhì)量,絕大多數(shù)都是其燃燒過程中產(chǎn)生的這些氣體所“帶走”的,除此之外,如果燃燒不充分,木頭分解出的一部分物質(zhì)還會形成很多極為細(xì)小的顆粒物并隨風(fēng)飄散,而這就是我們在點燃木頭時經(jīng)常看到的煙霧。
那木頭燃燒后剩下的灰燼又是什么呢?簡單來講,它們主要由無機(jī)鹽和其他一些礦物質(zhì)組成,這些成分在燃燒過程中無法燃燒,也無法轉(zhuǎn)變成氣體,并因此保留下來,此外,在燃燒不充分的情況,木頭中的少部分碳元素還可能會以炭的形式留存在灰燼之中。
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由于這些灰燼只占得到木頭原本質(zhì)量的一少部分,也正因為如此,通常情況下,1斤木頭燃燒后,只會剩下不到1兩的灰燼。
綜上所述,我們可以清楚地了解到,木頭燃燒后減少的質(zhì)量,其實并沒有真正的消失,實際上,這些物質(zhì)只是轉(zhuǎn)變成了我們?nèi)庋垭y以察覺到的氣體以及一些細(xì)小的顆粒物隨風(fēng)飄散了。
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