科学|木头和煤炭烧完有灰烬，汽油连灰都没有，质量守恒呢，都去哪了？ |

人类最伟大的成就是发现并学会了用火，从远古人用自然界的火种煮熟食物，驱赶野兽，到现代社会用火驱动汽车与飞机，甚至飞向宇宙的火箭仍然在用火！

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尽管火那么普遍使用，但吃瓜群众却有一个挥之不去的问题，火是一种神奇的现象，煤炭用火烧过之后就剩下了一丢丢物质，木头烧完之后的灰烬一阵风就消失了，而汽油居然连灰烬都没有，说好的质量守恒呢？那些物质都去哪了？
从燃素说到氧化反应
17世纪的炼金术士们也很想知道这神奇的燃烧到底是怎么回事，而此时正是一个从炼金术向化学科学转变的年代，当时的炼金术界大佬们都很认同德国医生贝歇尔提出燃素说，燃烧就是易燃元素放出了燃素！确实这非常有道理，因为当时能找到的物质，燃烧后质量都变轻了，甚至有的消失不见，真的好有道理，居然无言以对！

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到了十八世纪，有一位不信邪的法国著名化学家拉瓦锡，没错那会已经从炼金术发展到了化学！他在1784年重做波义尔的金属燃烧实验时发现，燃烧后的金属化合物比原来的还要重，这让燃素说支持者有点慌，甚至还搬出了金属燃烧反应中带有负质量的说法！

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当然拉瓦锡后来以无可辩驳的事实证明了大部分燃烧都是氧化过程，而且我们呼吸也是一个氧化过程，当然也不是所有的燃烧都是氧化，比如镁就可以在氮气中燃烧，当然这是一个比较广义的燃烧。
另外俄国科学家罗蒙索夫在1756年的实验中发现了质量守恒定律，孤立系统中的任何化学反应和低能量热力学过程期间，反应物或起始材料的总质量必须等于产物的质量

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这是维基中的质量守恒定义，比较严谨“孤立系统中的任何化学反应和低能量热力学过程期间”中，低能量很关键，下文中会做个简单说明。
木头、煤炭和汽油，燃烧后都去哪了？
现在我们知道了大部分燃烧都是一个氧化过程，那么要回答燃烧后去哪的问题前，我们必须要来了解下这些物质的成分！
木头的成分：主要是纤维素、半纤维素和木质素以及水分和少量的矿物盐
煤炭：主要是碳以及少量的氧、氮与硫以及微量的磷、氟、氯和砷等元素
汽油：主要是C5～C12脂肪烃和环烷烃类，以及一定量芳香烃和硫化物。
木头的纤维素以及半纤维素和木质素的组成都是碳（44%）氢（6%）氧（42.5%）氮（0.5%以下）矿物质（1%以下）。燃烧受热时会产生裂解反应，在不同温度下产生的产物有所差别：
200℃主要生成形式是二氧化碳和水蒸气以及甲酸乙酸以及各种易燃气体，在200～280℃产生少量水汽及一氧化碳，在280～500℃ ，产生可燃蒸气及颗粒；在500℃以上则主要是碳。
完全燃烧时大部分都是二氧化碳和水蒸气，不完全燃烧时会产生一氧化碳，所以冬季千万不可以在家里生炉子，产生的一氧化碳会比氧更溶液和血液中的红血球几何，导致一氧化碳中毒！这些二氧化碳与水蒸气等都随风飘走了，剩下的就是各种无法燃烧的矿物质组成的灰分。

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木材中的灰分比例大都不超过1% ，草木灰分比稍高大约2%左右！一吨木材燃烧大约只留下10千克灰分，还有部分飞灰在燃烧过程中随风飘走了！分页标题
煤炭的燃烧过程
煤炭的燃烧过程比较复杂，但可以简单的为几个阶段：
水分蒸发阶段：煤炭在加热过程中会首先蒸发水分挥发物燃烧阶段：继续加热的煤炭会析出挥发物，包括氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体，另外还有一些复杂的有机化合物。焦炭燃烧阶段：煤炭中的挥发物烧完，剩下的就是物质就是焦炭，煤炭燃烧的主要热量就是在这个阶段释放。
这个反应过程大致如下：
挥发份+O2 →CO2+H2O C+O2→CO2 S+O2→SOX（SO2）
完全燃烧反应 N+O2→NOX
挥发份 → CMHN C → CO 不完全燃烧反应 N → NH3

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所以二氧化碳、水蒸气以及硫化物和氮氧化物与氮氢化合物等，还有煤炭中无法燃烧或者燃烧后形成的固形物就是煤灰，包括硅、铝、铁、钛、钙、镁、硫、钾、钠等元素的氧化物与盐类，因此煤灰也是可以利用的资源，比如用作用作水泥、砂浆、混凝土的掺合料，也可以生产石膏与陶瓷颗粒以及农业与环保用途。

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按灰分比例区分煤炭质量
灰分并不是煤炭质量的唯一标准，但它是非常重要的指标，因为煤灰分与煤的发热量密切相关，煤产品的灰分直接影响煤得利用效率，品质优良的灰分比例在5%以下！这些灰分就是最后跑不掉会留在炉膛里的煤灰。
汽油燃烧过程
汽油成分是己烷和辛烷，己烷的分子式是C6H14 ，辛烷的分子式是C?H?? ，完全燃烧时：
己烷燃烧：2C6H14+19O2=12CO2+14H20
辛烷燃烧：2C?H??+25O?---点燃-->16CO?+18H?O
理论上只有二氧化碳和水，完全没有污染，但很抱歉，在内燃机的燃烧室中高温高压以及恶劣的燃烧环境，会产生一氧化碳CO、碳氢化合物HC以及氮气和氧气结合形成氮氧化物NOx ，而其中的硫等成分则会形成硫化物

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所以污染就是这么来的，当然气缸内燃烧还有未燃烧的碳微粒形成积碳，而乙醇汽油则会形成乙酸腐蚀铜和铝等金属，还对机油有影响，不过乙醇汽油中都会加入腐蚀抑制剂防止腐蚀金属。
离子推进与核裂变和核聚变
液氢和液氧的火箭大家应该都很清楚了，这燃烧反应就生成水，液氧煤油也容易理解，至少它的燃烧原理和煤油灯也差不多，但有一种常见的有毒火箭燃料，比如偏二甲肼和四氧化二氮可能大家就有些不了解，它的反应过程如下：
C2H8N2 + 2N2O4＝2CO2 + 4H2O + 3N2
这是一个化学反应过程，现在仍然有很多火箭在使用这种燃料，它的特征是会有红黄色的烟雾！

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龙飞船的逃逸火箭用的也是肼类燃料
另外现在深空发动机中的离子推进这些就不属于化学燃烧的火箭了，这些将推进剂加速到质子和电子分离的电离状态，然后将电子和质子分别经过不同的途径加速排出发动机，使得火箭获得前进的动力，这种模式获得尾流速度极高，因此可以用很少的燃料工作很久，使得火箭的比冲大大提高，也增加了火箭的燃料利用率！

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核裂变是利用重原子核比如铀-235被中子轰击裂变，产生质量亏损获得巨大能量，此处的能量来源就必须要考虑质能方程来计算了，因为产生的巨大的能量，和上文中的“低能量热力学过程”无法同日而语了！尽管化学反应也产生了能量，但由于能量太小，产生的质量差异可以忽略！分页标题

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重核裂变
比如1吨TNT爆炸时的质量亏损大约为0.04655毫克，基本上就可以忽略！按比例来算，化学反应中的质量亏损大概只有十亿分之一到一千亿十分之一左右。

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【科学|木头和煤炭烧完有灰烬，汽油连灰都没有，质量守恒呢，都去哪了？】最后还有一个所谓的氢燃烧，天文学家形容主序星阶段就是氢燃烧阶段，但这个过程并不是燃烧，而是氢的核聚变过程，和重核裂变相反，聚变是两个轻原子核聚变成重原子核的过程，这个过程同样会释放巨大的能量，而太阳的能量正来自于此！