質量保存則は成り立つか。E=mc^2

質問

化学反応で反応熱が出ると、E=mc^2に従って質量は減少するのでしょうか。
また、電池が化学変化で電気エネルギーを出した後、質量が減少しますか？

いろんな質問を見たのですが、はっきりと分からないので教えてください。

回答No.6

101325

＃３です。すみません、お詫びと訂正があります。

誤：この反応は、発熱量が360kJ/molの強烈な発熱反応ですけど
正：この反応は、発熱量が720kJ/molの強烈な発熱反応ですけど

ごめんなさい。「質量の変化率は10億分の1以下」の方は変わらないです（0.33ppb→0.66ppbなので）。
ウィキペディアなんぞ信じた私が馬鹿だったorz

……というように、ネットの上では誰もが気軽に間違えます。ですので、ありきたりなアドバイスでもうしわけないのですけど、本当のところが知りたいときには、教科書などを参照されるのが良いのではないでしょうか？

「ファインマン物理学　I　力学」（岩波書店）p.235
炭素と酸素とで二酸化炭素を作った時の質量変化の話が書いてあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa1803816.html
のANo.16に抜粋があります。

和田純夫 著「相対論的物理学のききどころ」（岩波書店）２・５節　質量欠損
http://www.iwanami.co.jp/.BOOKS/00/8/0079460.html
陽子と電子とで水素原子を作った時の質量変化の話が書いてあります。

もちろん、偉い先生が書いた教科書でも間違っていることがありますけど、ウィキペディアや教えてgooよりかは信頼できるんじゃないかなと私は思います。

補足

どの情報が正しいのか、、、情報が氾濫する今の世界では判断が難しいものですね。今回は、とても微妙な質問だったので、皆様を困らせてしまいました。でも、スッキリしました。ご回答いただいた皆様方、ありがとうございました。

回答No.5

Tacosan

非常に大雑把にいっていいのであれば, 「エネルギーが空間的に局在化しているのが質量」という解釈は可能です. 従って, 「系と外部の間でエネルギーのやりとりがあれば『系全体の質量』は変化するし, エネルギーのやりとりのない完全に閉じた系であれば『系全体の質量』は変化しない」ということになります.
電池の方はエネルギーが外部に出ていっているので減っている「はず」です. 多分測れないけど.

補足

測れないが質量は変化するという結論でいいようですね。

回答No.4

inorganicchemist

しません。

そもそも、化学反応とは、「原子核の崩壊、反応を伴わず、電子の移動のみで表現される反応」のことです。

原子核の反応を伴う反応は一般的な化学反応よりも、さらにドラスティックな条件でなければ進行しません。逆に、このような反応が進行する条件では、価電子は原子核から離れており、通常の（価電子によって仲介される）化学反応は起こりません。

仮に質問者様の仮説どおり電池の反応（酸化還元反応）で質量が減少するとすると、酸化還元反応は平衡反応で常に反応が進行しているため、すべての電池は質量がゼロになるはずですが、ご存知のとおりそんなことはありません。

補足

「します」という方と「しません」という方がいて、どちらが正しいのか判断できません。他の質問を検索しても、同様でして、本当のところはどうなんでしょうか。

回答No.3

101325

します。

以前に、ばらばらの炭素原子からグラファイトを作るとどれくらい質量が減少するのかを見積もったことがあります。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3388806.html
この反応は、発熱量が360kJ/molの強烈な発熱反応ですけど、それでも質量の変化率は10億分の1以下で、ごくごく小さな変化です。

別の例：水素原子の質量 mH は、陽子の質量 mp と電子の質量 me の和よりも小さくなります。

　Δm = (me+mp)-mH = 0.0000000146 u

よって

　E = Δmc^2 = 13.6 eV

ただしmHの値はLBNLのサイトから、他の値はCODATAのサイトから引用して
mH = 1.0078250321 u
mp = 1.0072764668 u
me = 0.0005485799 u
c = 299792458 m/s
1eV = 1.602176487 x 10^(-19) J
1u = 1.660538782 x 10^(-27) kg
としました。
http://ie.lbl.gov/toi2003/MassSearch.asp
http://physics.nist.gov/cuu/Constants/

E = 13.6 eV は、水素原子のイオン化エネルギー、すなわち、陽子と電子の結合エネルギーです。

　p + e → H

の反応前と後とで結合エネルギーの差があるためにその分が『質量欠損』となるわけです。

補足

なるほど。どうやら、質量とエネルギーの線引きは曖昧なようですね。

回答No.2

SortaNerd

します。
その量がわずかなので普通は考えないというだけです。

補足

やはり、質量欠損はあるということで良いのでしょうかね。
極微量なので無視してよいと。

回答No.1

danishefsk

しません。
質量保存則が成り立たないわけではなく、そもそも熱量、電気エネルギーの
発生が、
原子をはじめとする粒子の消滅によって生じるわけではないからです。

化学反応は大雑把に言うと、原子の組み換えにより反応前と後とで結合エネルギーの差があるためにその分が熱エネルギーとなるわけです。

電池は電気エネルギーを出す際に化学反応が起きています。

補足

結合エネルギーの差が熱や光となって放出されるということは、そのエネルギー量の質量が欠損したと考えられないのでしょうか？？