質量保存則について

質問

化学でいう質量保存則は物理学では正しくないと聞いたのですが本当なのでしょうか？またそれはなぜなんでしょうか？考えてみてもなかなかイメージがわかなかったので分かる方どうぞ教えてもらえませんでしょうか？よろしくお願いします。

回答No.4

apple-man · ベストアンサー

化学反応では、原子と原子の結合の状態の
変化だけを考えています。

　物質の質量というのは、原子の中の原子核
の中に集中しているため、化学反応では
質量が変化することはありません。

　しかし、核分裂反応のように、原子核内部の
結合が変化するとき質量の一部がNo.1の方の
言われている式に従い、質量の無いエネルギー
（具体的には波長が非常に短い電磁波）に変わって
しまうため、核反応の前後では、質量が変化
してしまうのです。

　また、ビックバン理論のように、エネルギー
保存の法則も破られる可能性も指摘されて
います。

お礼

＞質量の一部がNo.1の方の
言われている式に従い、質量の無いエネルギー
（具体的には波長が非常に短い電磁波）に変わって

なるほど！！なんとなくイメージがわいてきました！！(物理にあまり詳しくないので助かりました^^;)親切にどうもありがとうございました！！

回答No.8

Mell-Lily

物質Aと物質Bが化学反応を起こして、物質Cと物質Dが生成したとします。このことを化学反応式で表せば、
　A+B→C+D
という式を得ることができます。
このとき、物質Aと物質Bの質量の合計は、物質Cと物質Dの質量の合計に等しいということを、実験によって確認することができます。つまり、化学反応においては、反応の前後で、物質の総質量は変わらない、という質量保存の法則が成り立っているわけです。
一方、物質Eと物質Fが、核反応を起こして、物質Gと物質Hが生成したとします。このことを核反応式で表せば、化学反応のときと同じように、
　E+F→G+H
という式を得ることができます。
ところが、今度は、物質Eと物質Fの質量の合計は、物質Gと物質Hの質量の合計に等しくないことが、実験によって確認することができるのです。
このように、化学反応においては、成り立っていた質量保存の法則が、核反応においては、成り立っていないように見えるわけです。

お礼

化学では化学反応、一方物理学では化学反応に加え核反応も含まれるので、核反応を考えると質量保存則は成り立たないことが分かるってことですよね(合ってるかな^^;)。
化学反応と核反応の違いをわかりやすく教えていただき感謝です！！

回答No.7

bttf2003

＃６です
他の回答を補足します。
核反応の時、質量がエネルギーになるという表現は物理学者から見ると、正しくありません。質量＝エネルギーですから、質量がエネルギーになったり、エネルギーが質量なることがある条件のもとでは、可能になります。
核反応の場合、光エネルギーや熱エネルギー以外に粒子（ここでは、「素粒子」という名前の粒子）になってでていきます。例えば核反応の場合、α粒子、β粒子、γ粒子が発生します。α粒子はヘリウム原子核ですし、β粒子は電子、γ粒子は光子（光エネルギーと同じ物です。ただ他の素粒子と違って質量が無い粒子です）が発生します。

お礼

なるほどー。物理って難しいです^^;
でもなぜ化学と物理学でちがうのか理解できました。
親切にどうもありがとうございました

回答No.6

bttf2003

アインシュタインの特殊相対性理論の質量とエネルギーの関係から、エネルギー保存則の近似式として質量保存則が導かれます。特殊相対性理論の質量と運動速度の関係は、運動速度をvとおき、運動速度vの時の質量をＭ（v）とするとＭ（v）＝Ｍ（0）/（１－v＾2/c^2）^1/2 と表現できる。ここでＭ（0）は運動速度V=0（つまり静止時）の質量、/は除算、＾2は２乗、cは光速、^1/2 は平方根（ルート）を意味する。
化学でいう質量保存則は運動速度V=0のときだけに成立し、運動速度がV=cに近づくと質量は無限大に近づき、V=cでは物理法則が成立しない。
運動速度vの時のエネルギーＥ（v）＝Ｍ（0）*c^2/（１－v＾2/c^2）^1/2＝Ｍ（v）*c^2 と表される（*は乗算を意味する）。運動速度vが小さいときはＥ（v）＝Ｍ（0）*c^2＋1/2*Ｍ（0）v＾2と近似される。
（1/（１－v＾2/c^2）^1/2 を級数展開して第２項以下を0とみなせば容易に求められる）そしてＭ（0）*c^2は静止時のエネルギーとなる。
これが有名なＥ＝Ｍ*c^2というエネルギー・質量の等価式である。
下記にＥ＝Ｍ*c^2に関する参考ＵＲＬを貼り付けます。

参考URL：

http://www.ne.jp/asahi/monkey/academy/mag/mag00007.htm

回答No.5

apple-man

＞外に出て行くエネルギーに質量がないなら質量は一定になるのではないのでしょうか？

　物質の一部がエネルギーに完全に変わってしまう
のです。そのときの法則がNo.1の方が挙げられて
いる式です。

お礼

前のapple-manさんの回答でなんとなく理解できました。
わかりやすい回答どうもありがとうございました。

回答No.3

chitose_houjo

本当です。
エネルギーとなって外へ出て行ってしまいます。そして、エネルギーには質量がありません。よって、質量は減ってしまいます。
イメージとしては、今あなたが触っているマウスさえエネルギーの潜在的なかたちなのです。この世の中にあるすべての物は、エネルギーに変換することができるのです。ですので、これを分解できれば、エネルギーにできるのです。
そして、光エネルギーや、熱エネルギーは質量がありませんから、質量がないことは理解していただけると思います。ですので、質量保存則は通用しません。

お礼

＞エネルギーとなって外へ出て行ってしまいます。そして、エネルギーには質量がありません。よって、質量は減ってしまいます

外に出て行くエネルギーに質量がないなら質量は一定になるのではないのでしょうか？

回答No.2

Mell-Lily

核反応の質量欠損などについて言っているのでしょう。しかし、全質量を測れば、やはり、質量は保存していますね。

お礼

そうなんですか？No1の方の考えは特定の場合、つまり核反応のときのみに起きるということなのでしょうか？ありがとうございました

回答No.1

ac-milan

本当です。
Ｅ＝ｍｃ２という式によりもとられます。
Ｅ：エネルギー　ｍ：欠損質量　　ｃ２：光速の二乗

イメージとしてはエネルギーを放出する代わりに、少し質量が減ったぐらいに思ってください。

お礼

確かにその式を考えると減りということが理解できますね。どうもありがとうございました。