壹噸水加壹噸糖,最後得到多重糖漿?
神奇的問題又出現了。在此之前,悟空裏有人提出了壹斤水加壹斤鹽的問題。這壹次,水變成了壹噸,壹斤鹽變成了壹餐糖。當然,結果是兩噸。這是最簡單的質量守恒問題,因為整個過程沒有化學反應,所以沒有物質以氣體的形式逃逸,理論上最終質量不變。
假設題目中提到的糖是蔗糖,我們可以發現蔗糖的溶解度是204克,溶解度定義為在20攝氏度,標準大氣壓下,能溶解在100克水中的物質的質量。按照這個定義,也就是說,標準的溫度和壓力,在100克水的情況下,可以溶解204克蔗糖,所以壹噸蔗糖可以完全溶解在水中,最後得到的糖水不是飽和溶液。
這種物質的溶解過程只是物理變化,不涉及質量的變化。即使有化學變化,化學反應前後的質量也是守恒的。這個理論在任何地方都有意義。
但是如果在運行過程中出了問題,整個系統和外界進行能量交換,哪怕是最簡單的熱交換,某種意義上質量也發生了變化,因為根據愛因斯坦的質能方程,質量和能量其實是壹回事,壹個系統中能量的變化就意味著質量發生了變化,當然這種變化是微乎其微的。
如果我們這樣去鉆研這個問題,完全沒有意義。比如壹餐蔗糖很容易質量增加,因為它會從潮濕的空氣中吸收水分,壹噸的水也會在溫度變化時蒸發掉。蔗糖溶解成固體後,分子運動速度加快,這意味著溶解過程實際上是有能量變化的。溫度的微觀意義是分子熱運動的強度。如果在溶解過程中有溫度變化,那麽質量就會發生上述變化。
但這個變化很小,至少目前的科技水平無法測量,所以理論上1噸糖1噸水的結果是兩噸糖水不飽和溶液。不要把這樣的問題看得太重,看看就好。實際意義不大!
文/杜若,圖片來源網絡侵刪。