燃烧现象

燃烧现象应该可以是说人类最早接触到的化学现象。我们如今考古发现，距今180万年~130万年前，当时有个人种现在被称为匠人，他们就已经开始使用“火”了。对于火的使用大大促进了人类社会的发展。从此，人类可以吃上熟食，要知道那些没有煮熟的食物，无论是咀嚼还是消化都十分费力。

但如果我们仔细观测，许多燃烧现象都会出现这样的一个现象，那就是燃烧前后，质量丢失了许多。比如，10斤的木材点燃后，最后就会只剩下一小部分的残渣。

那为什么会丢失这部分质量呢？

这个问题虽然看似很简单，但实际上是有点复杂的。今天，我们就来聊一聊这个问题。

木材燃烧的化学反应

要了解这个问题，我们要先从木材说起。木材的主要成分是木质素、纤维素及半纤维素。

木材是一种复杂的有机物，从化学元素的角度来看，它的主要成分是碳，占比达到44%左右，氧占比达到42.5%左右，氢占比达到6%，剩余的元素占比都相对较少，比如：氮、硫、氯、硅、磷。

燃烧木材的本质其实就是碳、氢、氮等物质在空气中燃烧的化学过程。就拿碳来说，会生成一氧化碳和二氧化碳。

氢燃烧生成的是水，这个过程产生的水应该是水蒸气的形式。

而氮燃烧则生成的氮氧化物，硫燃烧生成硫化物，这些都属于对环境有害的化合物。但我们要注意的是，燃烧碳、氢、氮、硫所产生的物质其实都是气体。

也就是说，之所以我们会发现损式了大量的质量，实际上是主要的生成物是气体，它们都到了空气当中。其中二氧化碳和一氧化碳会加入到碳循环的当中，水蒸气则是加入到水循环当中。

如果我们有一个容器，这个容器不会和外界发生物质交换，并且容器内有充足的氧气。我们在这个容器当中燃烧木材。但燃烧结束后，我们再对这个容器进行称重，我们就会发现这个容器的质量“几乎”是没有发生变化的。因为此时的生成物都在容器内，没有离开这个系统，即便是气体，也是有质量的，整个过程质量“几乎”是不变的。

这也就是说，之所以我们看到平时燃烧时，质量发生损失，这部分损失的质量主要来自于气体生成物，二氧化碳、一氧化碳、硫化物、氮化物等。

热量也有质量

就像上文我说到的，整个系统只是质量“几乎”不变。实际上，如果我们的仪器精度足够高，那就会发现，这个系统的质量并不变完全不变的，而是会微微地减小，减少的程度几乎是在小数点后十多位才出现的。那这部分损失的质量只是系统误差吗？

实际上，并不是这样的。这部分损失的质量也是可以用我们如今的理论来解释的。这个理论就是大名鼎鼎的质能等价理论。

1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论，并且在这个理论当中统一了时间和空间。随后，也就是在这一年，他发表了质能等价理论，在这个理论当中他提出了他的另外一个洞见，统一了质量和能量。他认为质量和能量其实是同一个东西的两个面，质量还里有能量，能量里也还有质量，或者我们可以说质量和能量是不能被独立开来的，有质量就会有能量，有能量就会质量。举个例子，我们知道，原子弹爆炸，反应前后的质量会发生损失，这部分质量其实是以能量的形式释放出来的，倘若我们把这部分能量收集起来，会发现恰好等于损失的质量。这个质量和能量的等价关系就可以用E=mc^2来表述。

而木材燃烧实际上是一个释放能量的过程，在这个过程中会有许多的热量产生。所以，夜晚点上篝火能取暖的原因就在这里。

按照爱因斯坦的质能等价理论，我们就知道，这部分热量其实也就是能量，他是对应着质量的，对应关系就是：m=E/c^2。

其中m是损失的质量，E是释放的热量，c就是光速。因为光速c=3*10^8m/s，因此m=E/(9*10^16)，也就是说，释放出的热量所对应的质量很小很小。所以，我们才感受不到有这部分的质量损失，但实际上这部分的质量损失是存在的。