质量守恒定律
zhì liàng shǒu héng dìng lǜ
质量守恒定律指出，在化学反应中物质既不会被创造也不会被消灭；反应物的质量等于生成物的质量。
Formula
m_{\text{reactants}} = m_{\text{products}}
Definition
质量守恒定律指出，在化学反应中既不会损失什么，也不会凭空增加什么：反应物的总质量始终等于生成物的总质量，因为原子只是被重新排列，而不会被创造或消灭。这正是化学方程式必须配平的根本原因；这一定律由安托万·拉瓦锡在18世纪末通过在密闭容器中进行的精密测量所确立。严格来说，真正守恒的是质能，而不仅仅是质量，因为反应中释放的能量对应着一个质量变化 $\Delta m = \Delta E/c^2$，在普通化学反应中小到无法测量，但在核反应中却变得可以测量，此时这一定律必须重新表述为质能守恒。
Example
把小苏打和醋密封在一个袋子里，先称重，让它们反应冒泡，再称重一次，会发现前后质量相同，尽管袋内已经产生了气体。燃烧 $12\text{ g}$ 碳与 $32\text{ g}$ 氧气，恰好生成 $44\text{ g}$ 二氧化碳（$C + O_2 \rightarrow CO_2$）；生锈的铁钉之所以变重，只是因为空气中的氧气加入了金属，而不是凭空多出了质量。燃烧一摩尔甲烷释放 $890\text{ kJ}$ 的能量，对应的质量损失约为 $\Delta m \approx 9.9 \times 10^{-12}\text{ kg}$，在 $80$ 克中大约只损失了 $10$ 纳克；而一摩尔铀-235裂变则会损失可测量的 $0.2\text{ g}$。
Key Insight
如果一个反应看起来损失了质量，很可能是有气体在不知不觉中逸出了；如果看起来增加了质量，则很可能是空气中的某种物质，通常是氧气，加入了反应体系。在拉瓦锡之前，化学家们用一种臆想出来的物质燃素来解释燃烧现象，但对金属燃烧前后称重发现，金属燃烧后质量反而增加了，这只有在有东西被加入而不是有东西被失去的情况下才说得通。这一原理如今支撑着每一个化学计量学计算和质量平衡分析，人们正是靠它在真正动手之前，预测一个反应或一座工厂能生产出多少产物。