越燒越重？連牛頓看了都要沉默的“反直覺”燃燒｜正經(jīng)玩

常識告訴我們：

東西燒完以后，會變成灰燼，

重量變輕，甚至“灰飛煙滅”。

可是，如果我告訴你，

有一種東西越燒越重，

你信嗎？

難道是誰在燃燒的時(shí)候偷偷加了料？

實(shí)驗(yàn)器材

電子天平、鋼絲絨、紙張、打火機(jī)、隔熱盤、所標(biāo)杯

實(shí)驗(yàn)步驟

將隔熱盤放在電子天平上，按下“歸零”鍵。放上一張紙，記錄下初始重量。(可以多次測量看看稱的精度如何）

用打火機(jī)點(diǎn)燃紙張，觀察燃燒過程。隨著紙張化為灰燼，你會發(fā)現(xiàn)天平上的數(shù)字不斷變小，最后幾乎趨近于0。

安全提示：請?jiān)诩议L陪同下在通風(fēng)處操作，遠(yuǎn)離可燃物，注意消防安全！

第三步：

清理天平，重新放上隔熱墊并歸零。取一塊蓬松的鋼絲絨（可以稍微拉扯得松散一些），放在天平上，記錄下初始重量。

第四步：

用火柴或打火機(jī)點(diǎn)燃鋼絲絨。你會看到火星像微縮版的煙花一樣在鋼絲絨內(nèi)部迅速蔓延。更離譜的是——盯著天平的屏幕，你會發(fā)現(xiàn)隨著燃燒的進(jìn)行，天平上的數(shù)字不降反升，鋼絲絨變重了！

第五步：

等待殘留物完全冷卻后，清理并妥善處理實(shí)驗(yàn)器材。

原理解說

為什么紙燒沒了，鋼絲絨卻越燒越重？難道這打破了著名的“質(zhì)量守恒定律”嗎？

其實(shí)，秘密就藏在空氣里。從科學(xué)的角度來說，燃燒本質(zhì)上是一種劇烈的氧化還原反應(yīng)。

我們先來看看紙張。紙的主要成分是纖維素（主要由碳、氫、氧元素組成）。當(dāng)紙張燃燒時(shí)，它與空氣中的氧氣反應(yīng)，主要生成二氧化碳（CO?）和水蒸氣（H?O）；若燃燒不充分，還可能產(chǎn)生一氧化碳、炭黑等產(chǎn)物，并留下少量灰燼。 由于主要產(chǎn)物都是氣體，在燃燒的高溫下直接飄散到了空氣中，所以從天平的視角看，紙“變輕”甚至“消失”了。

再來看看今天的主角——鋼絲絨。鋼絲絨的主要成分是鐵（Fe）。日常中鐵塊難以被點(diǎn)燃并持續(xù)燃燒，一方面是因?yàn)閴K狀鐵與空氣的接觸面積小，氧化反應(yīng)速率緩慢，釋放的熱量十分有限；另一方面是鐵的導(dǎo)熱性很強(qiáng)，反應(yīng)產(chǎn)生的熱量會迅速向金屬內(nèi)部傳導(dǎo)散失，無法讓局部溫度穩(wěn)定維持在鐵的燃點(diǎn)以上。

但當(dāng)鐵被加工成極細(xì)的鋼絲絨并呈蓬松狀態(tài)時(shí)，單位質(zhì)量的鐵與空氣中氧氣的接觸面積會大幅提升數(shù)個量級，反應(yīng)條件被極大改變。此時(shí)用火源引燃，鋼絲絨就能在空氣中持續(xù)劇烈燃燒，對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式為：

點(diǎn) 燃

燃燒過程中，鐵單質(zhì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，主要生成固態(tài)的四氧化三鐵。

注：實(shí)際燃燒產(chǎn)物通常以四氧化三鐵為主，也會伴隨少量三氧化二鐵、氧化亞鐵等其他鐵氧化物，具體組成與燃燒溫度、氧氣濃度、反應(yīng)時(shí)長等條件密切相關(guān)。

不難發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)物里有氣體，而生成物基本都是固體！這就意味著，鋼絲絨在燃燒的過程中，將空氣中原本游離的氧氣固定了下來，使其成為了固體氧化物的一部分，并留在了天平上。 因此，增加的重量，其實(shí)就是鋼絲絨在燃燒時(shí)結(jié)合的氧氣的重量！

那這違背了質(zhì)量守恒定律嗎？當(dāng)然沒有。

早在18世紀(jì)，法國化學(xué)家拉瓦錫就通過精密的定量實(shí)驗(yàn)推翻了當(dāng)時(shí)盛行的“燃素說”。如果我們把紙張和鋼絲絨分別放進(jìn)完全密閉的容器里燃燒，連容器帶里面的所有東西一起稱重，就會發(fā)現(xiàn)：不管是燒完變成氣體和灰燼的紙張，還是結(jié)合了氧氣的鐵，反應(yīng)前后整個密閉容器的總質(zhì)量都一分不多、一分不少。

上下滑動查看投稿↑↓

1.xiaoyan的投稿

2.陳金石的投稿

恭喜xiaoyan和陳金石

兩位粉絲

將獲得所標(biāo)杯

一個

分享贏得紀(jì)念品

對于本期實(shí)驗(yàn)的投稿

我們將在下期進(jìn)行投票

我們將為票數(shù)最高的兩位粉絲

送出

所標(biāo)杯

一個

投稿方式

投稿時(shí)間截止到每周五晚九點(diǎn)。48小時(shí)沒有和我們互動的用戶，我們無法給您發(fā)送消息。為了防止聯(lián)系不到獲獎用戶的現(xiàn)象發(fā)生，請投票最高獲獎后及時(shí)聯(lián)系我們。為了截取方便請盡量上傳小于45秒的視頻或者照片。

編輯：二分 & Chocobo