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质量是如何产生的?

□ 时间:2020-2-8 □ 来源: 中科院物理所


     物质到底是什么呢?设想一个立方体冰块,边长约1英寸(或2.7cm)。想象一下,将这块冰块握在手掌中。冰块很凉,且有点滑,在感觉上它几乎没有什么重量,尽管我们知道它有重量。


     让我们精炼一下问题:这块冰是由什么组成的?此外,还有第二个的问题:什么是产生质量的原因?

     要了解冰块是由什么组成的,我们需要借鉴化学家的经验。这些科学家以炼金术士建立的悠久传统为基础,区分出了不同的化学元素,例如氢、碳和氧。约翰·道尔顿(John Dalton)和路易斯·盖伊·卢萨克(Louis Gay-Lussac)对这些元素的相对重量与气体的结合体积的研究,得出了这样的结论:不同的化学元素由具有不同重量的原子组成,这些原子根据一组涉及原子总数的规则进行结合。

     当人们认识到氢气和氧气都是双原子气体H2和O2时,氢气和氧气的混合产生水的奥秘得以解决。那么水就是由两个氢原子和一个氧原子—H2O—组成的化合物。

     这部分回答了我们的第一个问题。冰块由规则排列的H2O分子组成。我们也可以开始第二个问题。阿伏加德罗定律指出,1mol化学物质包含大约6×1023个离散的“粒子”。现在,我们可以简单地解释1mol物质,因为其分子量按克数递增。氢(以H2的形式)的相对分子量为2,这意味着每个氢原子的相对原子量为1。氧(O2)的相对分子量为32,这意味着每个氧原子具有相对原子量为16,因此,水(H2O)的相对分子量为2×1+16=18。

     ★ 质子、中子中99%的质量似乎无法解释

     假如碰巧我们的冰块重约18g,意味着它或多或少地代表1mol水。根据阿伏伽德罗定律,其包含约6×1023个H2O分子。这似乎为我们的第二个问题提供了明确的答案。冰块的质量来自存在于6×1023个H2O分子中的氢和氧原子的质量。

     但是,当然,我们可以想得更深。我们从J.J.汤姆森(J.J. Thomson),欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)和尼尔斯玻尔(N

资讯作者: Jim Baggott 源信息发布时间: 2020/2/7 编辑:金阳
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