质量亏损

反应前后体系粒子质量的变化

所谓质量亏损，就是反应前后体系粒子质量的变化。譬如在核反应中，就是指原子核的质量与组成原子核的所有单个质子与单个中子的质量之和的差（原子核的质量小于组成原子核的所有单个质子与单个中子的质量总和，亏损的质量对应结合能，亏损越大结合能越大）。

理解

（1）在核反应中遵循能量守恒和质量守恒，所谓的质量亏损并不是这部分质量消失或者质量转变为能量。

（2）质量亏损不是核子个数的减少，核反应中核子个数是不变的。

原因

根据爱因斯坦质能方程E=mc2，一定的质量m对应一定的能量E，二者的定量关系由比例系数“光速的平方”c2联系起来。由于核反应过程中存在能量的转化，核反应前后粒子所蕴含的静能量E=mc2可能会发生变化，从而静质量在反应前后会增减。若核反应是吸收能量，核反应前后静质量会增加；若核反应放出能量，则静质量会减少，减少的质量就是核反应中亏损的质量Δm，那么核反应放出的核能ΔE=Δmc2。重核裂变与轻核聚变都属于放能核反应，反应前后粒子的静质量要减少，也即是说质量要有所亏损，而质量亏损就意味着能量的亏损，亏损的能量即原子核的原子能。

若从能量守恒定律的角度看，这亏损的质量Δm对应的静能Δmc2转化为粒子的动能或者γ光子（即γ射线的能量子）的能量。

化学反应中的质量亏损

化学反应比起前面讨论的反应要缓和得多，但同样遵循质能方程。当发生化学反应并释放能量时，必定失去等当量的质量。但由于绝大多数化学反应释放的能量远远小于常见核反应所释放的能量。因此，相比于核反应来说，化学反应的质量亏损往往很小，以致于最精密的仪器都无法测量，只能通过反应释放的能量来推算。这就是为什么在拉瓦锡发现质量守恒定律之后，再没有一个化学家在实验室里发现任何一个反例的原因了。

严格地讲，化学反应中体系的质量也是不守恒的。考虑到这一原因，我们应该说在反应前后没有可检测的质量变化。正如从卡车上遗落两枚金币，由于两枚金币的质量相对于卡车的质量太小了，以致于卡车质量似乎没有改变。

以硝化甘油的爆炸为例，假定反应的起始状态都为25℃的标准状况，可以计算出反应前后的质量损失：

4C3H5N3O9(l) →6N2(g)+12CO(g)+10H2O(l)+7O2(g)，ΔH=－2700kJ

反应体系释放的能量等于热量与做功之和： ΔE=ΔH－pΔV=ΔH－ΔnRT

其中Δn为反应前后气体的改变量。 pΔV=62kJ

因此ΔE=－2762kJ，对应的质量当量应为ΔE/c2=3.074×10－8g。

任何原子核的质量均小于构成它们的质子与中子的静止质量之和，这种原子核的质量亏损是原子核形成的过程造成的，质子和中子的静止质量分别为1.007276u和1.008665u，2H核的质量为2.013553u。由此，质量亏损为0.002388u，其能量当量为3.564×10-13 J，这就是该反应释放的能量，即原子核的结合能。

化学变化也是如此，例如C+4H→CH4的反应，该反应释放的能量为2.916×10－18J/分子，反应中的质量亏损为1.954×10－8u，远远小于2H核形成时的质量亏损。2H 形成过程中质量亏损0.12%，而甲烷分子形成过程中质量亏损0.000031%。

12C被用作定义原子量的标准，其静止质量为12u。我们可以计算该原子在不同的条件下质量的大小，例如原子被加热而获得动能，或由于原子成键形成石墨或金刚石而消耗化学能时，原子的质量都会发生变化，见下表。石墨与金刚石之间的转化就可以认为存在质量亏损，尽管这种质量亏损的大小是非常微弱的，但足以引起化学家的关注，化学家应时刻提醒自己原子的质量是与原子的化学状态紧密联系的。

该表是12C在不同化学状态下的原子质量。

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