理科教學(xué)中常會(huì)強(qiáng)調(diào)“物質(zhì)守恒法則”的重要性。其中的“物質(zhì)”不只是說化學(xué)物質(zhì),也包含更廣義的概念。
從微觀角度來看,它指的是原子的守恒:而從宏觀角度來看,它也指元素的守恒。這個(gè)法則也被稱為“質(zhì)量守恒定律”。
無論多么細(xì)小的物質(zhì),都不會(huì)如我們所想的那樣消失掉,也不會(huì)重新生出新的物質(zhì)。
具體來說,當(dāng)我們修建房屋時(shí),先要拆掉舊房子。即使舊房子被拆了,其原來的砂漿中所混入的每一粒砂子都還在,只是會(huì)掉落到其他地方。哪怕是肉眼都無法看見的細(xì)小粉塵,也會(huì)隨風(fēng)飛散,最終還是存在于世界上,而不是消失掉。
只是隨風(fēng)飄落到某個(gè)地方去了而已。
面包變成焦炭也是如此,雖然無法立刻用肉眼看見“煙(氣與煙)”在空中飄散,但肯定最終落到了某處。
但是柴火燃燒后,不是只剩下了一點(diǎn)點(diǎn)的灰燼嗎?甚至是現(xiàn)在,孩子們還是持有“物體燃燒后會(huì)變輕”這樣樸素的概念。
法布爾對(duì)于這種樸素的概念,在他的《不可思議的化學(xué)》中給予了解釋。
木頭在燃燒時(shí),其大部分的構(gòu)成物質(zhì)“會(huì)變成比極為細(xì)小的灰塵還要小的物質(zhì),然后飄散到大氣中,無法被我們看見。最終能被我們看見的只是殘留的一小撮兒灰燼而己。這容易讓我們以為除灰燼以外的物質(zhì)都不見了。但是,它們絕對(duì)沒有消失,而是會(huì)飄浮在大氣中,變成了與空氣相似的透明、無色、無法用手觸摸到的物質(zhì)”。
“這不僅限于木頭。我們?yōu)榱说玫焦夂蜔崃慷紵乃腥剂希际沁@樣的。”
“物質(zhì)在不停地進(jìn)行化合與分解,然后再化合,會(huì)產(chǎn)生無數(shù)種組合,并且會(huì)無休止地移動(dòng)。每年都有數(shù)不清的化合物被破壞和重組。物質(zhì)就像這樣在持續(xù)地變化,但從全世界的角度來看,沒有一粒物質(zhì)會(huì)就此消失,也沒有產(chǎn)生一粒新的物質(zhì)。”
這之后,人們又發(fā)現(xiàn)了帶有放射能的元素,有將質(zhì)量與能量等價(jià)起來的,但是,在理科教育中“元素與原子的守恒”,其重要性仍然沒有改變。
而在一百多年前,法布爾就已經(jīng)從教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)中,明白了這種元素與原子守恒的重要性。
物質(zhì)都是由原子構(gòu)成的,原子不會(huì)因化學(xué)變化而被破壞,也不會(huì)消失不見。無論發(fā)生什么化學(xué)變化,原子的數(shù)量與種類都不會(huì)改變。在化學(xué)變化過程中,只有原子結(jié)合的對(duì)象發(fā)生了變化。
這也是“質(zhì)量守恒定律”成立的依據(jù)。
讓我們以碳原子為例。大氣中逐漸增多的二氧化碳,主要是有機(jī)物的燃燒或動(dòng)物的呼吸所排出的。另外,二氧化碳也會(huì)被植物吸收,作為其進(jìn)行光合作用的原料。而二氧化碳溶解于海水中的物質(zhì),也會(huì)被一部分生物的身體所吸收。植物進(jìn)行光合作用生成的有機(jī)物,又會(huì)變成地球上的動(dòng)物以及我們?nèi)祟惖氖澄铩?/span>
因此,我們所吃的食物,從根本上來說,是空氣中的二氧化碳。二氧化碳中的碳元素就是以這樣的形式,在地球上不停地循環(huán)著。
對(duì)環(huán)境有害的原子,如水銀原子,也不會(huì)被破壞掉或者消失。
含有水銀化合物的污水流入河流與大海后,并不會(huì)就此消失掉,而是會(huì)殘留在河流或大海中。這些含有水銀原子的化合物,會(huì)被海底的植物吸收,而以此為食的浮游生物或小魚等,又會(huì)被更大的魚吃掉。這樣,水銀原子會(huì)隨著不停地轉(zhuǎn)移而被濃縮,最終又被不知情的人類吃進(jìn)肚子,然后引起疾病。
原子不會(huì)產(chǎn)生新的,也不會(huì)消失,從這個(gè)角度來說,當(dāng)我們生產(chǎn)出了會(huì)影響環(huán)境的物質(zhì)或原子時(shí),應(yīng)該及時(shí)處理,避免將其排放到大自然中。