只要是化學變化，一定無條件遵循質量守恆定律嗎？

01-11

質量守恆定律

先說結論，如果只考慮反應物與生成物的話，質量是不守恆的！化學課上所提到的「質量守恆定律」，實際上指的是「拉瓦錫的質量守恆定律」，屬於相對論之前的理論，嚴格上是錯誤的。

在相對論的框架下，拉瓦錫質量守恆定律的確是錯的。根據愛因斯坦質能方程 $E=mc^{2}$ ，一定的質量 $m$ 對應一定的能量 $E$ ，二者的定量關係由比例係數「光速的平方」 $c^{2}$ 聯繫起來。於是，任何體系內能量的變化都會引起相應質量的變化。

所謂質量虧損，就是反應前後體系粒子質量的變化。譬如在核反應中，就是指原子核的質量與組成原子核的所有單個質子與單個中子的質量之和的差（原子核的質量小於組成原子核的所有單個質子與單個中子的質量總和，虧損的質量對應結合能，虧損越大結合能越大）。

核反應中，質量虧損主要是由反應前後體系能量變化而導致的。由於重核裂變與輕核聚變都屬於放能核反應，根據質能方程的涵義，反應後粒子的靜質量要減少，即反應後質量要有所虧損，而質量虧損就意味著能量的虧損。

化學反應體系中所伴隨的能量變化比起核反應來要小得多，但同樣遵循相同的質能方程。當發生化學反應並釋放能量時，必定失去相應的質量。但由於絕大多數化學反應釋放的能量遠遠小於常見核反應所釋放的能量。因此，相比於核反應來說，化學反應的質量虧損往往很小，以致於最精密的儀器都無法測量，只能通過反應釋放的能量來推算。這就是為什麼在拉瓦錫發現「質量守恆定律」之後，再沒有一個化學家在實驗室里發現任何一個反例的原因了。

嚴格地講，化學反應中體系的質量也是不守恆的。考慮到這一原因，我們應該說在反應前後沒有可檢測的質量變化。正如從卡車上遺落兩枚金幣，由於兩枚金幣的質量相對於卡車的質量太小了，以致於卡車質量似乎沒有改變。

以硝化甘油的爆炸為例，假定反應的起始狀態都為 25°C 的標準狀況，可以計算出反應前後的質量損失：

$44 m{C_{3}H_{5}N_{3}O_{9}}left( m{l} ight) ightarrow 6 m{N_{2} left( m{g} ight)} +10 m{H_{2}O}left( m{l} ight)+7 m{O_{2}}left( m{g} ight),$ $Delta H=-2700 m{kJ}.$

　　反應體系釋放的能量等於熱量與做功之和： $Delta E=Delta H-pDelta V=Delta H-Delta nRT.$

　　其中 $Delta n$ 為反應前後氣體的改變數， $pDelta V=62 m{kJ}$ 。

　　因此 $Delta E=-2762 m{kJ}$ ，對應的質量當量應為 $left| Delta m ight| =left| Delta E ight|/c^{2} =3.074 imes10^{-8} m{g}.$

任何原子核的質量均小於構成它們的質子與中子的靜止質量之和，這種原子核的質量虧損是原子核形成的過程造成的，質子和中子的靜止質量分別為 1.007276u 和 1.008665u ， $^{2} m{H}$ 核的質量為2.013553u。由此，質量虧損為 0.002388u ，其能量當量為 3.564× $10^{-13}$ J ，這就是該反應釋放的能量，即原子核的結合能。

化學變化也是如此，例如 $m{C}+4 m{H} ightarrow m{CH_{4}}$ 的反應，該反應釋放的能量為 $2.916 imes10^{-18} m{J}/ m{molecule}$ ，反應中的質量虧損為1.954× $10^{-8}$ u ，遠遠小於 $^{2} m{H}$ 核形成時的質量虧損。 $^{2} m{H}$ 形成過程中質量虧損 0.12% ，而甲烷分子形成過程中質量虧損 0.000031% 。

$^{12} m{C}$ 被用作定義原子量的標準，是指其靜止質量為 12u 。由此，我們可以計算該原子在不同的條件下質量的大小，例如原子被加熱而獲得動能，或由於原子成鍵形成石墨或金剛石而消耗化學能時，原子的質量都會發生變化。石墨與金剛石之間的轉化就可以認為存在質量虧損，儘管這種質量虧損的大小是非常微弱的，但足以引起化學家的關注，化學家應時刻提醒自己原子的質量是與原子的化學狀態緊密聯繫的。

一般來說，原命題成立。

廣義的來說，命題不成立。

了解愛因斯坦的質能方程就知道了。

核反應，廣義的來說也屬於化學變化，因為存在著新物質生成。

部分質量的消耗是以能量的形式釋放。也就是總質量減少。

如果存在著一種總質量增加的反應，到是非常有趣的。

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沒有想到評論很精彩。

70年代的化學書，有一章叫核化學。把核反應叫核化學反應。

化學反應的定義是有新物質生成。核裂變，就是有新物質生成，也屬於化學反應。

不說適用範圍，就說某個定律是錯的，這是不合理的。

雖然，按照目前的物理理論嚴格來說，質量和能量是一回事，質量守恆定律等同於能量守恆定律，比如能量守恆是E1=E2，對應的質量守恆定律就是E1/c^2=E2/c^2。

雖然如果一個化學反應是放熱反應，嚴格來說放出了熱量等價於質量虧損了，嚴格來說反應前的質量=反應後的質量+放出的熱量/c^2，但是實際上，放出的熱量/c^2是一個小到無法測出來的量，既然無法測出來，就不用考慮了，所以反應前的質量=反應後的質量仍然成立。也就是說，在化學裡面無需考慮質量虧損這些東西。

也就是通常說的，科學定律是有適用層次的，在某個層次的學科，有對應的屬於那個層次的科學定律，在化學的層次還無需考慮相對論和E=mc^2。就好像，在通常情況下，我們用牛頓力學、質量與速度是無關的，而不用考慮相對論。科學是實用主義的，不考慮相對論的質量守恆定律在化學中完全夠用了，所以質量守恆定律當然沒問題。

從另外一個方面來講，如果沒有相對論和核物理，化學發展到今天也不可能通過實驗得到ΔE=Δmc^2這個公式，這就說明這個公式和化學是絕緣的、無需考慮的，質量虧損效應還沒有儀器本身的測量誤差大。

以下是我的觀點，對物理方面了解不深

1.關於化學反應/化學變化，一般這個詞對應的是物理變化，體現的是化學性質，那麼討論的範圍應該是不涉及原子核的。這對應質量守恆定律里「反應前後原子種類數目不變」

2.關於相對論。質能方程表明能量與質量等價，而不是質量虧損導致釋能。如果重新選取單位和標準，定義光速c=1，則E=m。化學反應中的能量變化可以認為來自鍵能（勢能）之類的說法，也即是說，並非是微小的質量變化產生的能量。或者廣義地說，能量守恆與質量守恆並不是一個取代一個或者一個包含一個，二者是完全等價的。一個化學反應放熱，並不能說是質量不守恆，否則能量亦不守恆。按照經典理論，則質量守恆，按照廣義的理解，你要把反應熱一併算進方程式，則仍有質量/能量守恆

如果把質量守恆表述成原子(廣義)數和電子數守恆，並且不考慮原子核內部結構的反應的話，是嚴格成立的。

如果是指封閉系統(與外界無物質交換，有能量交換)反應前後，質量沒有變化，在相對論的框架下，是不嚴格成立的。對高層軌道的電子而言，相對論效應已經非常顯著了。而化學反應，主要就是軌道的組合和電子的排布。電子能級的變化，會導致其質量的變化。

但為什麼化學中我們依然說，化學反應質量守恆。因為「拋開劑量都是刷流氓「，分析化學是一門有精度的學科。1.0000g物質發生化學反應，質量變個0.000000000000033克(隨便寫的)，依然是1.0000g。這種情況，為什麼不能用質量守恆呢。

另外，對孤立系統，質量守恆嚴格成立。因為與外界沒有能量和物質交換。電子能級降低，電子質量減小，化學反應放熱。但同時，這些熱被分子吸收，導致其運動加強(能級變高)，質量增加。從此種情況下可以看出，不用刻意去區分能量和質量，因為E=cc*m，實際上只有一個變數。

中學的話務必當它質量守恆。後面就需要思考了，化學反應伴隨能量的釋放或吸收，根據質能方程，反應物質量肯定會有變化，質量的虧損或增加來自反應物原子的電子或中子的數量變化。

反正能量必須守恆，你自己看著辦吧

中學應試的話，都當做質量不變的

實際上，你看另外幾個答主的說法就好了，那也是好理解的。

這些答案令我困惑，將兩個相距10m的各重10kg的鐵球放到相距1m的位置，按照這些人的理論，總質量就小於20kg了？匪夷所思

沒有能量參數，質量就永遠不是守恆的，愛因斯坦偉大就是發現質量和能量是一體的，現有實際中可以認為是質量守恆，但是實際中，涉及到反應的放熱，吸熱，永遠不是守恆的。偉大的質能方程告訴我們質量和熱量可以相互轉化的。