溶質強化

溶液溶質擴散傳質流的大小不僅與各場強度量梯度的大小及系統的物性有關，還與外場同化學勢場的配合有關，溶質強化就是描述這個過程進行程度的名詞。

基本介紹

• 中文名：溶質強化
• 套用領域：化學溶液分析

研究背景與研究成果

在許多化學反應或化工操作過程中，都是以液體為介質或者是在溶液中進行，所以溶液中溶質傳輸的快慢直接關係著化學反應或化工操作的速率，甚至在某些情況下成為影響化學反應或化工過程速率的瓶頸。近年來，人們已經從實驗上注意到外場可以強化傳遞過程，即外場可以強化傳熱、傳質過程。由此，本文從理論上討論：可通過外場來加快溶液中溶質的擴散過程，即通過外場與化學勢場的協同來強化溶液中溶質的擴散或改變溶液的粘度。事實上，由華賁教授、過增元院士帶頭立項的973 國家基礎研究規劃項目“高效節能的關鍵科學問題”中提出的兩大理論目標之一，就是要從理論上研究如何利用各種場的相互作用來強化和控制傳遞過程。

溶質強化的模型理論

近年來，利用X 線、中子線等對液體進行衍射實驗，結果表明：液體的結構確實更與晶體相似，有局部微晶結構存在。於是，便有一種藉助晶體結構模型處理液體的統計理論出現，即所謂的“格子”理論。將採用液體“似晶”模型來研究溶液中溶質擴散的過程。液體似晶模型認為：液體具有類似於晶體的密堆積結構，每個液體分子周圍有相對穩定的近鄰，因而具有確定的平均配位數；液體分子分布在準晶體晶格格點上並在由其近鄰分子圍成的胞腔(cell) 或籠子(cave) 中圍繞格點運動。建立在這種模型基礎之上的液體理論稱為液體的“格子” (1anke) 模型理論。液體“格子”模型理論假設處在每個胞腔中的分子，都在周圍配位分子產生的勢場中運動，這個勢場主要由第一層配位分子和中心分子的相互作用所決定，但嚴格說來，還必須考慮第二、第三層分子與中心分子相互作用的貢獻。另外，由於胞腔中的分子及胞腔壁上的分子都在不停地運動，故胞腔中的勢場是時間的函式。為簡化計算，假定最近鄰配位分子均處於它們的平衡位置——各自點據的晶格格點上，這樣就可用一個平均勢場來代替隨時間變化的勢場，這個平均勢場對胞腔中心具有高度地對稱性，可看做是圓球對稱的。

由於處在格子空腔中的溶質分子要受到它周圍鄰近格子點上溶劑分子的吸引作用，因此，溶質分子必須克服鄰近分子所產生的一個高勢能區域（即勢壘），才能從一個格子空腔移動到另一個格子空腔。在沒有外場作用情況下，兩邊勢壘是對稱的，兩邊格子空腔中溶質分子越過勢壘的高度相同。