质量守恒定律发现简史

质量守恒定律发现简史

1756年俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里煅烧，锡发生变化生成了氧化锡，但容器和物质的总质量在反应前后并没有改变。经过反复的实验，都得到同样的结果。于是罗蒙诺索夫认为在化学变化中物质的质量是守恒的。但他的这一发现并没有引起科学家们的注意，直到1777年法国化学家拉瓦锡做了同样的实验，也得到同样的结论，这一结论才获得公认。但要确切证明或否定这一结论，都需要极精确的实验结果，而拉瓦锡时代的工具和技术都不能满足严格的要求。直到1908年德国化学家郎道耳特及1912年英国化学家曼莱做了精确度极高的实验来验证这个结论，科学家们才一致承认了这一定律。

质量守恒定律的发展

爱因斯坦的质能关系公式E = mc2（E表示能量；m表示质量；c表示光的速度，大小为3×108m/s）说明物质可以转化为辐射能，辐射能也可以转化为物质。这个结论与质量守恒定律有何联系呢？实验结果证明1000g硝化甘油爆炸以后，放出的能量为8×106J。根据质能公式计算，产生这些能量的质量是0.89×10-7g。从实用角度讲，其中的误差是可以忽略的，即可以认为在化学反应中质量守恒定律是完全成立的。

20世纪以来，人们对质量守恒定律有了新的认识，承认两个独立的定律——质量守恒定律和能量守恒定律。现在科学家将这两种定律合二为一，称为质能守恒定律。

质量守恒定律的发现

【发现的过程】

化学反应必然引起物质性质的变化，那么，反应物和生成物之间量的关系是怎样的呢?

近代化学家通过大量的实验研究总结出著名的质量守恒定律，当时叫做重量守恒定律或物质不灭定律。

俄国著名科学家罗蒙诺索夫早期研究微粒学说，经过了多年的实验研究和理论研究，在1748年给数学家欧拉的一封信中叙述道：“自然界所发生的一切变化都是这样的：一种东西失去多少，另一种东西就获得多少，因此，如果某个物体增加了若干物质，则另一物体必有若干物质消失。这是自然界一条具有普遍意义的规律。”但是他的微粒学说没有发表，他解释说：“我本来可以把我的微粒哲学的整个体系加以发表，但我担心，如果我说出许多新的东西，而这些东西大部分又与当代许多伟大学者的观点相矛盾，那我就会给科学界仓促提供不成熟的果实。”在当时，“燃素说”正处在统治地位。

1756年，罗蒙诺索夫开始研究燃烧过程。关于燃烧的过程，德国化学家施塔尔1703年提出了“燃素说”，认为一切可燃烧的物质中都含有燃素，燃烧时，它就挥发了。物质中含

有的燃素越多，燃烧得就越好。例如木炭，几乎是全由燃素组成的，因为它在燃烧后只剩下

一点点灰烬。罗蒙诺索夫在研究中发现，施塔尔忽视了波义耳曾经做过的一个实验。波义耳在封闭的玻璃器皿中燃烧金属时，得到了金属灰，然后称量了它，发现金属灰的重量总是比原来的金属重，而按“燃素说”的观点，金属燃烧时便有燃素逸出，这就是说，金属灰应比金属轻。波义耳对他的实验的解释是：存在一种能够由一个物体注入另一个物体的“热素”，燃烧时，热素进入金属，所以金属灰的重量增加。罗蒙诺索夫的老师、德国马尔堡大学著名物理化学家沃尔夫教授也相信存在着一种能够从一个物体注入另一个物体的有重量的“液体”，这种“液体”就是“热素”。

作为在化学实验中最先使用天平者之一的罗蒙诺索夫仔细分析了波义耳实验的做法，那就是波义耳在加热后为什么立即打开容器，而不先称一下容器的重量呢？打开容器后，会不会有什么东西从容器中逸出，从而改变它的重量呢?罗蒙诺索夫决定重新做这个实验。他准备了一个专用容器，装入铅屑，在火上把容器颈部的玻璃烧得变软的时候，用铁夹把颈部玻璃焊密封，待容器冷却后进行称量。然后再把容器放到火上加热，铅屑熔化了，银白色的金属变成了灰黄色，待容器冷却后再进行一次称量，发现容器的重量并没有发生变化。这样的实验重复进行了多次，金属依次换成铁、铜，结果依然如此。这说明并没有什么热素进入容器，否则容器的重量应该增加。第二天，他在焊封容器之前，先称量了金属的重量，然后称量放入金属屑后容器的重量。燃烧后，他又重新称量一下容器的重量，再打开它，称量所得到的金属灰的重量。他发现无论用哪种金属屑做实验，金属灰的重量都比金属重。这个结果同波义耳当年所做实验的结果一致。

“所有容器的重量都没有变化，这说明金属没有与热素化合。可是金属灰的重量都增加了，这该如何解释?”罗蒙诺索夫陷入沉思：“不过，容器里原来是有一定量的空气，那一定是容器中的空气减少了。而且容器中的空气减少了多少，金属灰的重量就增加了多少，这才保持了容器重量的不变。”经过不懈的努力，自然科学史上具有划时代意义的伟大定律——物质不灭定律在他的实验室里诞生了，统治物理化学领域几个世纪的“燃素说”宣告彻底破产了。然而罗蒙诺索夫这项重大的发现，在当时没有得到人们应有的重视。

18年以后，1774年，法国化学家拉瓦锡也重做了波义耳的实验，他的测量方法与罗蒙诺索夫的几乎相同，得出的结论也基本上相同。1784年，拉瓦锡又做了分解水的实验，证明反应前后物质的重量总量相等。拉瓦锡在向法国科学院院士公开演示实验时说：“可见重量守恒定律是普遍规律。”1789年，拉瓦锡出版了他的历史名著——《化学概论》。在《化学概论》中，拉瓦锡第一次用清晰的语言把质量守恒定律表达出来，用实验进行了验证，并说明了它在化学中的应用。拉瓦锡的发现很快被各国科学家所接受，在科学界广为传播，并产生了深远的影响。

到1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论，提出物质的质量和它的能量成正比关系：E=mc2，式中E为能量，m为质量，c为光速。以上公式说明物质可以转变为辐射能，辐射能也可以转变为物质。这一现象并不意味着物质会被消灭，而是物质的静质量转变成另外一种运动形式。所以20世纪以后，重量守恒定律发展成为质量守恒定律和能量守恒定律，合称质能守恒定律。

【发现的启示】

质量守恒定律是定量研究化学变化的依据，在近代化学的发展中产生了深远的影响，一切物质的产生都不可能违背它、改变它。它是自然界物质变化与发展中普遍遵守的基本定律。俄罗斯著名诗人普希金曾经这样评价罗蒙诺索夫：“罗蒙诺索夫是一个伟大的人，他创建了俄国第一所大学，说得更确切些，他本人就是我们的一所大学。”质量守恒定律的发现给我们哪些启示呢？