什麼是物質守恆定律？概念、特徵、歷史、背景和實例

我們解釋什麼是質量守恆定律，又稱羅蒙諾索夫-拉瓦錫定律。包括其歷史、背景和實例。

安托萬-洛朗·拉瓦錫（1743-1794），被譽為化學之父。

物質守恆定律

物質守恆定律，又稱質量守恆定律或簡稱羅蒙諾索夫-拉瓦錫定律（為紀念提出該定律的科學家），是化學原理，它指出物質在化學反應過程中既不會被創造也不會被消滅，它只會發生轉變。

這意味著在給定的反應中，各物質的質量必須保持不變；也就是說，消耗的反應物數量必須等於生成的產物數量，即使它們已經相互轉化。

自然科學的這個基本原理是由俄國科學家米哈伊爾·羅蒙諾索夫於 1748 年和法國科學家安托萬·拉瓦錫於 1785 年分別獨立提出的。值得注意的是，這發生在原子被發現和原子論提出之前，而原子論的出現使得解釋和闡明這一現象變得更加容易。

這條規則的例外是核反應，在核反應中，質量可以轉換為能量，反之亦然。

與質量和能量相等一樣，質量守恆定律是理解現代化學的關鍵。

另見：放熱反應

物質守恆定律的背景

當時的化學對反應過程的理解與今天截然不同，在某些情況下，甚至與這條定律的說法相反。

17世紀，羅伯特·波義耳做了一個實驗，他分別稱量金屬氧化前後的重量。這位科學家將重量的變化歸因於物質的增加，卻忽略了形成的金屬氧化物是金屬與空氣中的氧氣反應的產物。

物質守恆定律的發現

拉瓦錫發現這原理的實驗與當時化學界的一個主要研究方向——燃燒——密切相關。這位法國科學家透過加熱各種金屬，發現如果將它們暴露在空氣中煅燒，質量會增加；但如果將它們密封在容器中，質量則保持不變。

因此，他推斷這額外的質量來自某個地方。隨後，他提出了質量並非被創造出來的理論，而是從空氣中吸收的。因此，在受控條件下，可以測量化學反應前後反應物的質量，且二者必然相同，即使產物的性質不再相同。

物質守恆定律的例子

碳氫化合物的燃燒就是這一定律的完美例證，人們可以看到燃料燃燒並“消失”，而實際上它已經轉化為看不見的氣體和水。

例如，燃燒甲烷（CH4 ）時，會發生以下反應，其產物是水和無色氣體，但原子數與反應物相同：