初中化學介紹了原子的組成。在高中化學教學中很容易使學生聯(lián)想到，既然原子是由質子、中子（統(tǒng)稱核子）和電子構成的，那么原子的質量（用原子質量單位表示）就應該等于構成原子的質子、中子和電子質量之和。但計算結果并不等于實驗測定結果，而且除氕(11H)以外，這是一個普遍存在的現(xiàn)象。這是否與質量守恒相矛盾呢？其實并不矛盾。然而，對于這種現(xiàn)象的解釋如果僅僅停留在化學上有些違背數(shù)學基本原理的泛泛說明，顯然不能令人滿意。因為在孤立體系的任何反應過程中，都是嚴格遵守質量守恒的。這條規(guī)律就是在核反應中，亦然成立。下面以教材是提及的兩種同位素原子為例進行具體分析。
　　
　　因為質子質量為1.00728u,中子質量為1.00866u,電子質量為5.48582×10-4u。由于氫的同位素之一氕(11H)恰好是一個質子和一個電子的親合體,其質量為1.00782u,故同位素的原子量M可表示為:
　　
　　M=[1.00782×(質子數(shù)Z)+1.00866×(中子數(shù)N)]u
　　
　　因為質量數(shù)(A)=質子數(shù)(Z)+中子數(shù)(N)
　　
　　則:N=A-Z
　　
　　代入上式得:
　　
　　M=[1.00782Z+1.00866(A-Z)]u-------------------①
　　
　�、偈郊礊橛嬎阃�位素原子量的通式。
　　
　　對于Cl來說,A=35,Z=17代入①式求得的原子量為:
　　
　　M=[1.00782×17+1.00866(35-17)]u-=35.28882u
　　
　　同理可以計算出原子量M為37.30614u。
　　
　　將計算結果與實驗結果列于下表:
　　
　　在原子核物理學或核化學中，把這種計算與實驗結果之偏差稱為“質量虧損”，更嚴格他說應該是靜止質量虧輸。我們知道，質量是物質的基本屬性之一。在狹義相對論的范疇之內，質量和能量之間有下述關系:
　　
　　E=mc2------------②
　　
　　其中m為質量，c為光速，E為能量。
　　
　�、谑奖砻髁梭w系質量和能量之間的對應關系。根據(jù)這種對應關系，可以預測，原子體系中出現(xiàn)的靜止質量虧損現(xiàn)象，必然有能量變化伴隨。假設靜止質量虧損為DM，與此對應的能量為DE,則②式轉化為:
　　
　　DE=DMc2-------------------------③
　　
　�、凼奖硎玖梭w系的質量的變化和能量的變化相關聯(lián)。體系有質量的變化，就一定有能量的變化，反之亦然。同時表明，質量和能量這兩個物質的基本屬性是密切相聯(lián)系的，只有質量而沒有能量或只有能量而沒有質量的物質是不存在的。這種質量虧損正是在質子和中子結合形成核的過程中以能量形式釋放出來。實驗測得核子結合能為297.96MeV(百萬電子伏特),核子結合能為315.67MeV。一個原子質量單位相當于931.48MeV。由③式可以計算出質量虧損值DM:
　　
　　將實驗值與虧損值相加得:
　　
　　M=34.96885u+0.31988u=35.28873u
　　
　　M=36.96590u+0.33889u=37.30479u
　　
　　與按①式計算的結果進行比較二者十分接近，幾乎相等，其微小的偏差完全在許可誤差范圍之內。同時也足以說明，雖然表面上似乎存在質量虧損，但是作為物質的另一基本屬性——能量卻給物質質量這一基本屬性提供了等值的補充，按①式計算結果大于實驗測定結果，這是尚未考慮體系能量變化而得到的結論。如果質量——能量兩者同時考慮，依然嚴格遵守質量守恒，上述分析已經(jīng)證明了這一點。所以說原子質量小于構成原子的質子、中子和電子質量之和并不違背質量守恒。
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