2020-03-26 13:14:56 佚名

溪仔x

有禮物，比如植物纖維和油脂樹脂，這些是幹木柴的主要重量，還有一小部分是水分。燃燒之後，有機物的碳基變成無機物二氧化碳，氫氧化物變成水，氮氧化物變成二氧化氮等，硫化物變成二氧化硫，這些都是氣體。

少數剩下來的是燒不完全的碳黑，還有一部分灰分，主要是無機鹽，比如氯化鉀，氯化鈉，二氧化硅，硅酸鈉等。比如草木灰中有高比例的鉀鹽，可以做肥料。稻草灰裡面有比較多的硅鹽，可以做混凝土粘合劑。

一噸木頭，完全燃燒，灰分比例很低，不同的樹有差異，大部分不到百分之五了。家裡燒柴就明顯，幾千斤木頭，最後草木灰只有幾十斤。當然燃燒不完全還有黑煙或者黃煙，還有一氧化碳等氣體。

問道武當

物質是怎麼消失的？比如一噸的木頭燒成灰的過程，那些重量是怎麼消失的？

一噸木頭燒成炭還是不少的，但如果任其燒盡那麼就只剩下一小堆灰燼，剩下的物質就不多了，而煤炭的狀況也類似，熱值高的煤炭灰分比例比較低，熱值低的煤炭灰分比較高，灰分從10%-40%甚至更高。那麼問題來了，剩下的那些物質去哪了呢？

木材的燃燒過程

木材燃燒是一個司空見慣的過程，但要說其過程可能大家都有點糊塗，要說清楚過程，必須先來了解下木材的成分，因為燃燒就是一個劇烈的化學反應過程，木材的成分與之關係非常大！

高度放大的木材圖像，顯示纖維素纖維糾

木材的主要成分是纖維素，它是一種多糖，是植物細胞壁的主要結構成分，與半纖維素和果膠以及木質素結合在一起，構成了不同品質的木材，人體腸道內不含纖維素酶，因此即使人吃了木頭也不能消化，但很多以木材為食的白蟻或者蛀蟲有，所以它們能以木材為食！但無論這些纖維素或者半纖維素與果膠比例有多少差別，最終都是有碳氫氧元素組成三者比例為：

碳約佔44%
氫約佔6%
氧約42.5%
0.5%以下氮
1%以下礦物質灰分

燃燒過程：木材在受熱時將會產生裂解反應，200℃主要生成形式是二氧化碳和水蒸氣以及甲酸乙酸以及各種易燃氣體，在200～280℃產生少量水汽及一氧化碳，在280～500℃，產生可燃蒸氣及顆粒；在500℃以上則主要是碳。

碳完全燃燒時生成二氧化碳，不完全燃燒時則生成一氧化碳，木材在燃燒過程中會內焰因氧氣不充分生成一氧化碳，等氣體跑到外焰時將會參與燃燒！二氧化碳和一氧化碳和水蒸氣將通過燃燒過程排入大氣，其他不可燃燒的礦物質等將遺留形成灰燼！

木材中的灰分比例大都不超過1%，草料類的灰分比稍高大約2%左右！一噸木材燃燒大約只留下10千克灰分，當然還有飛灰在燃燒過程中飄走了！

化學法應中的質量守恆

木材燃燒是化學變化過程，所有物質前後並不會發生改變，僅有的只是它們之前不同元素的組合方式發生了改變，而且在這個過程中氧氣參與進來了，因此木材燃燒總的質量是增加的，但氧氣加入後的燃燒反應生成大量二氧化碳和一氧化碳等這些氣體，隨風就不見了，留下一堆灰燼，給我們的感覺就是木材燃燒之後有質量不見了！其實在一個封閉系統中燃燒，質量前後是不會變化的，這就是化學反應中的質量守恆。

曾經歷史上出現過的燃素說並不是這樣認為，因為大家都發現可燃物燃燒之後都變輕了，所以認為可燃物因為含有燃素，燃燒過程釋放了燃素所以質量變輕了！但拉瓦錫在鎂的燃燒過程中發現，燃燒後的氧化鎂質量不減反增，所以燃素說就此破產了！

化學反應質量守恆就是由此發展演化出來的。

質量發生改變的燃燒

時間進入二十世紀初，愛因斯坦發表了《論動體的電動力學》的第二天接著發表了《物體的慣性和它所含的能量有關嗎？》，前後兩篇論文構成狹義相對論的核心，而後者則是著名的質能等價方程！

很多朋友以質能方程是愛因斯坦發現為由，認為他在原子彈和氫彈上做出決定性的貢獻，但其實愛因斯坦和核彈只有半毛錢關係！不過質能等價方程完全可以計算裂變和聚變過程中產生的質量虧損，以及過程中所釋放出的巨大能量！

當然上述過程指的是原子核內部的過程，但其實請不要忽略的一個結果就是，所有在有能量發生的過程都將伴隨著質量變化，即便它是一個化學過程，只是化學反應產生的這點質量變化實在是太可憐了，甚至沒有任何一個天平可以稱出來你家今年冬天取暖燒掉的煤有多少質量虧損，但卻已經可以讓你冬天在家裡光著膀子橫著走了！

比如100噸煤燃燒產生的質量虧損：

1千克標準煤：29260000焦耳

100噸為：2926000000000焦耳

那麼質量虧損為：0.00325克

估計得找個很精確的天平才能測得100噸煤燒掉後的質量虧損。

所以這個質量損失可以忽略不計，化學反應前後質量守恆也只有吹毛求疵的時候，或者跟人家撕逼的時候拿出來顯擺一下，實際操作是不可想象的。

星辰大海路上的種花家

我們從小就學到質量守恆定律、能量守恆定律甚至是質能守恆定律。可以說，守恆定律從誕生之日一直持續至今，都是十分堅實的物理學理論，當牛頓的三大力學定律和萬有引力定律在大尺度下和小尺度下都產生了巨大誤差時，守恆律依舊堅如磐石；

當然，波爾對“實驗中丟失的一小部分質量”產生疑惑，甚至一度想要否定能量守恆時，實驗（發現中微子）最終還是捍衛了守恆律。

如果守恆律是確實成立的，就會有一些人在思考一些問題，比如，燃燒過程中，燃燒過後，留下來的質量似乎都比反應之前要少得多，那這部分損失“質量”到底哪去了？

這個問題看似很簡單，實際上並不簡單，這裡就涉及很多問題，比如燃燒反應以及愛因斯坦的質能等價。我們今天就來聊一聊這個問題。

燃燒反應

我們就拿“燃燒木頭”來舉例子。要搞清楚木頭的燃燒反應，我們其實就應該先搞清楚木頭的主要程度到底是什麼？

木材中的主要成分是木質素、纖維素及半纖維素，這裡指的是乾燥的木材。纖維素是一種由葡萄糖衍生而來的結晶聚合物，大概佔據總物質的41%~43%。

如果我們從元素的角度來看，構成木材的主要成分是碳，氫，氧。具體的佔比是：

碳大概佔44%
氫大概佔6%

氧大概佔42.5%

剩餘的，還有大概0.5%的氮元素，以及不到1%的其他元素。我們從木材的成分來看，木材的燃燒主要就是碳燃燒。

通過初中的化學課，我們也知道，碳燃燒的結果是生成二氧化碳或者一氧化碳，這取決於是不是在充分燃燒。

我們要注意的是，燃燒的過程實際上是有氧氣的介入，也就是說，有其他的反應物加入了反應，整個系統的質量理應增加的，增加的部分就是“參加氧氣的質量”。

但當我們稱量時，只能稱量燃燒後剩餘的物質，這些並不是所有的生成物，在眾多生成物中，最主要的部分以二氧化碳和一氧化碳的氣態形式飄走了，進入到了地球的碳循環當中，成為碳循環的一部分。

我們無法用肉眼看到這部分，更無法拿天平對這部分稱重，所以，這才會讓很多人覺得整個燃燒過程中少了“質量”。實際上，丟失的絕大部分“質量”，幾乎99.99999999%以上的質量都是以氣體的形式離開了系統。

假設，我們擁有一個封閉的系統，確保了系統內有足夠氧氣，而且生成的二氧化碳和一氧化碳無法從這個系統中出去，那系統在反應後再進行稱量得到的結果是什麼呢？

實際上，最終的稱量結果還是“丟失了一部分的質量”，這裡要補充一句，這裡指的是秤的精度能夠達到理想狀態，在小數點後16位開外還能測得準。那丟失的“質量”哪去了？

質能等價

二氧化碳的燃燒，本質上是一個放熱反應。這部分熱最終會以能量的形式丟失掉。那這部分能量和丟失的質量到底是什麼關係呢？

實際上，它們就是一回事，我們可以用愛因斯坦的質能方程E=mc^2把它們之間的關係表述出來。質能方程實際上是愛因斯坦在1905年，發表的4篇論文中的其中一篇，叫做

《質能等價》的論文推導出來的方程。

在這篇論文中，愛因斯坦統一了質量和能量，他認為質量和能量是一回事，是一個物體的兩個屬性，質量裡還有能量，能量裡也還有質量。所以，木材燃燒的過程中，跑掉的能量，實際上對應著質量，通過質能方程的移項，我們就可以得到m=E/c^2，也就是說對應E/c^2的質量丟失，其中c=3*10^8m/s，所以，這個丟失的質量是極其小的，在小數點後十多位開外，很難能夠測得出來，但並不是不存在這部分質量的丟失。

所以，通過木材的燃燒反應，我們最起碼要搞清楚守恆律到底是什麼？

實際上，質量和能量是一個東西，那麼反應前後的質量是守恆的，能量也是守恆的，也因此質能是守恆的，質量和能量是等價關係，而不是質量和能量是轉化關係。

鍾銘聊科學

答：人類花費數百年的時間，才真正認識了燃燒的本質，最初的化學家用燃素學說解釋燃燒現象，直到18世紀，拉瓦錫才用實驗否定了燃素學說，並建立了現代化學，後來總結出質量守恆定律。

燃燒現象

燃燒是生活中最常見的現象之一，比如木頭在燃燒時，其中的碳元素就會和空氣中的氧氣結合為二氧化碳氣體，最後只剩下一堆灰燼，灰燼的主要成分是無機鹽，比如碳酸鉀、硅酸鹽等等，以及部分微量元素。

燃素學說

在幾百年前，人們對燃燒的本質認識不夠，甚至發展出一些錯誤的理論，其中最著名的就是燃素學說，受機械唯物論的影響，燃素學說在十七世紀的歐洲非常流行。

燃素學說認為，燃燒產生的火焰是無數活潑的微粒，這些微粒叫做燃素，燃素存在於各種實體物質當中，當燃素從實體物質中大量溢出時就形成了火焰。

燃素學說能解釋部分燃燒的現象，比如木炭燃燒後質量減少被認為是損失了燃素的質量，燃燒需要氧氣是因為空氣能把物質中的燃素吸取出來等等，但是燃素學說無法解釋金屬錫在空氣中煅燒和鎂在空氣中燃燒後質量增加的問題。

在1756年，俄國科學家洛蒙諾索夫在密閉容器中煅燒金屬錫（生成氧化錫），然後稱量整個密閉容器的總質量，發現前後的質量沒有發生變化；在1777年，現代化學之父的法國化學家拉瓦錫，重複了洛蒙諾索夫的實驗。

經過多位科學家的完善，最後總結出化學反應中質量守恆的結論，後來英國科學家約翰·道爾頓提出原子理論，認為化學反應是物質當中原子的重新排列和組合，由於單個原子質量是不變的，所以化學反應當中質量守恆。

現在我們知道，燃燒就是一種劇烈發光發熱的化學反應，火焰其實是處於遊離或者半遊離狀態的氣體分子，而且燃燒不一定需要氧氣，比如鎂條可以在二氧化碳中燃燒，氫氣可以在氯氣中燃燒等等。

木頭的燃燒

木頭是植物生長出來的，主要成分是纖維素，而纖維素屬於多糖物質[(CHO)n]，除此之外，木頭中還存在一些微量元素、無機鹽、氮的化合物、硫的化合物等等。

當木頭燃燒時，多糖物質會與氧氣結合，生成二氧化碳和水，而水在高溫下以氣體形式溢出，只有木頭中的部分無機鹽和微量元素無法蒸發，最後留下一堆灰燼。

從本質上說，木頭的燃燒過程就是木頭和空氣發生化學反應，反應前後的總質量保持不變，但是很大一部分質量在燃燒後以氣體形式溢出在空氣中，這部分質量並沒有憑空消失。

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艾伯史密斯

物質沒有減少。把木柴點燃，直到燒成灰燼，木柴的質量看似減少了，但其實組成木柴的各種元素一點兒也沒有變少，它們只是換了一種存在方式罷了。燃燒屬於化學反應（遊離基的連鎖反應），反應前後的質量是相等的，就是說組成木柴的所有原子都還存在，沒多也沒少。經過燃燒，它們與其他原子（主要是氧）組成了新的化合物。

木頭燃燒後減發生了什麼變化

第一步:炭化脫水。木頭中含有很多水分，遇熱開始燃燒前，它內部的水分會先被高溫氣化，逸散出來。完全脫水的木頭就是木炭了。

第二部:燃燒，炭的氧化反應。在這一過程中，碳與氧發生反應，釋放大量熱能並生成二氧化碳氣體。

碳元素全部被氧化後（理想狀態，實際不可能，），反應停止，火焰熄滅。

你看，木頭先是損失水份，減小了約一半的重量（木炭比木頭輕許多）；接著再損失掉大部分碳元素；然後還有很多成分變成微小的凝膠狀顆粒飄走，也就是冒煙。燃燒後的木頭看似減重了，其實是水和碳變成了水蒸氣和二氧化碳，跑到大氣中去了。

灰燼是什麼

植物生長不只需要水分，還需要土壤中的各種無機鹽。主要有磷、鉀、鈣、鎂、鋅、鐵、錳、銅、硼、鉬……多了去了。它們平時分佈在植物體內，經過燃燒反應與氧結合後也不會變成氣體飄走，而是留在原地，成為一攤灰燼。是好肥料喲。

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純野生科學家

質量守恆是我們中學時候就學過的一個著名定律，木材的主要成分為纖維素等一類碳氫氧化合物，木材的燃燒，本質上就是這些有機物與空氣中的氧氣發生了氧化還原反應。反應化學方程式大致如下：

C+O2=(點燃)CO2↑

2C+O2=（高溫）2CO↑（不完全燃燒時發生）

2H2+O2=（點燃）2H2O

上述是木材燃燒後的產物，理論上都是氣體，還有部分的固體顆粒物，這些物質大部分混合到了空氣當中，剩下少部分固體物質形成了灰分。

從廣義上來看，質量是守恆的。在相對論的質能守恆中，描述有能量釋放就意味著有質能虧損，但是在化學反應中能量變化是非常小的，造成的質量虧損可以忽略；木材的燃燒過程，化學鍵的斷裂和重組會釋放熱輻射（光子），理論上質量守恆也應該把這部分光子質量算上去。又比如氫氣燃燒的化學反應中，2kg氫氣燃燒將會釋放143兆焦耳的能量，對應的質量虧損約為1.6×10^-9千克，質量虧損率只有幾十億分之一，現有儀器根本無法測量出這麼小的相對質量變化。

所以，木材燃燒後，一噸物質都以另一種形態（氣態）存在，並沒有消失。

單手開法拉利的9527

物質不會消失，它只是由一種形式轉變成了另一種形成而繼續存在而已。

物質燃燒與消失的過程，其本質就是由不揮發的物質轉變為能揮發物質併成功揮發而消失的過程。

那麼，一噸的木頭，在它燃燒成灰的過程中，木頭原有的物質，也即是它的質量到底是如何消失的呢？

要了解一噸的木頭到底是如何通過燃燒的方式消失的，我們可以先從木頭的元素組成入手。

組成木頭的三大元素

木頭的本質，其實就是木質纖維，而木質纖維的化學物質就是一種我們人體無法消化利用的多糖（C6H10O5）n，從這個木質纖維素的化學式中，我們就可以大概地清楚了木頭中所含有的碳（C）、氫（H）、氧（O）這三種元素組成比例是怎麼樣的了。

碳、氫、氧三大元素是如何離開木頭並生成二氧化碳跟水的

碳、氫、氧這三種元素在木頭中以化學鍵的方式連接到了一起，而當木頭的某個部位被點燃了之後，被點燃的部分會因為高溫的緣故而使得組成纖維素的三大元素的原子獲取高能量併成功掙脫將它們鎖在一起的化學鍵，也即是化學鍵發生了斷裂，最終使得碳、氫、氧這三種元素成為“自由之身”而離開木頭。

離開木頭的碳與氫這兩種元素在空氣中與氧相遇，然後由於木頭本來就在燃燒，就在釋放出大量的熱量，因此碳跟氧將會藉助高溫的環境結合成二氧化碳（CO2），氫跟氧則會結合成水蒸汽（H2O），並同時釋放出能量來供木頭後續的繼續燃燒。

木頭不完全燃燒會生成什麼？

木頭燃燒生成二氧化碳跟水蒸汽是一種相對完美的結局，可在實際的情況中，這幾乎是不可能發生的，因為當碳與氫還有氧元素因獲得能量而從纖維素分子中脫離出來並進入到火焰中的時候，外部空氣中的氧並不會每時每刻的都能給它們提供足量的氧原子受體，然後都讓它們成功地結合成二氧化碳跟水蒸汽。

缺少足量的氧，最終碳就容易受到冷落，而只能將就地合成一氧化碳，甚至有時它連跟氧接觸的機會都沒有而直接就是炭灰。

至於氫呢？兩個氫合作爭搶一個氧原子，其實與碳相比，它們更容易事先跟氧結合，所以木頭在燃燒的過程中，遊離的氫通常都是不用擔心找不到氧這個對象來結合的。

因此，從以上的燃燒所發生的事件來看，木頭徹底地從燃燒中消失的細節過程是：高溫→碳、氫、氧元素從纖維素中脫離→纖維素的量減少，即是木頭減少→木頭消失，並留下少許灰渣。

木頭所消失的質量都到哪裡了？

木頭的燃燒消失，主要本質上其實就是木質纖維通過高溫的作用來與空氣中的氧氣合作，然後生成水蒸汽（H2O），二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、碳（C），最終揮發到空氣中了。

燃燒的木頭熄滅的根本原因是什麼？

從纖維素（C6H10O5）n的化學元素組成上看，木頭內部所脫離出來的氧僅僅能夠跟氫組合生成水（H2O），而碳卻只能從空氣中撈取氧了。當空氣中的氧來不及填充進火焰的時候，碳就沒法得到有效的燃燒，這時候就沒辦法釋放出更大的能量出來，火焰必然也就會縮小，甚至是當空氣中的氧氣的量達不到一定的水平的時候，火焰就沒辦法得到繼續維持而導致熄滅。所以，這就是為什麼沒有氧氣，或者是氧氣含量不足的情況下，我們就點不著火的原因了。

此外，對於救火，通常我們最能想到的就是水，可是你知道水能滅火的本質是什麼嗎？其實水能滅火併不是通過將水潑向火堆，然後依靠水來冷卻火從而使火熄滅，而是依靠水鋪流在燃燒著的材料上，從而起到一種有效隔絕氧氣的作用，當材料中所遊離出來的碳與氫元素不能與空氣中的氧氣接觸了，它們不能繼續反應產生高溫了，火自然也就滅了。

PS：1.木頭燃燒後所剩下的灰，其中部分是鉀類無機鹽以及其他不可燃燒的礦物質，當然還包括一些來不及完全燃燒的有機物。不過，若木頭能夠完全燃燒的話，其所剩下的灰其實是很少很少的。

2.在室內關門關窗燒碳容易引發一氧化碳中毒事件的重要原因是因為室內不與室外的空氣流通，從而導致室內燃燒碳的氧氣供應不足，所以只能由本來可以合成更多的二氧化碳而最終將就地合成了更多的一氧化碳了。