研究背景与研究成果

在许多化学反应或化工操作过程中，都是以液体为介质或者是在溶液中进行，所以溶液中溶质传输的快慢直接关系着化学反应或化工操作的速率，甚至在某些情况下成为影响化学反应或化工过程速率的瓶颈。近年来，人们已经从实验上注意到外场可以强化传递过程，即外场可以强化传热、传质过程。由此，本文从理论上讨论：可通过外场来加快溶液中溶质的扩散过程，即通过外场与化学势场的协同来强化溶液中溶质的扩散或改变溶液的粘度。事实上，由华贲教授、过增元院士带头立项的973 国家基础研究规划项目“高效节能的关键科学问题”中提出的两大理论目标之一，就是要从理论上研究如何利用各种场的相互作用来强化和控制传递过程。

溶质强化的模型理论

近年来，利用X 线、中子线等对液体进行衍射实验，结果表明：液体的结构确实更与晶体相似，有局部微晶结构存在。于是，便有一种借助晶体结构模型处理液体的统计理论出现，即所谓的“格子”理论。将采用液体“似晶”模型来研究溶液中溶质扩散的过程。液体似晶模型认为：液体具有类似于晶体的密堆积结构，每个液体分子周围有相对稳定的近邻，因而具有确定的平均配位数；液体分子分布在准晶体晶格格点上并在由其近邻分子围成的胞腔(cell) 或笼子(cave) 中围绕格点运动。建立在这种模型基础之上的液体理论称为液体的“格子” (1anke) 模型理论。液体“格子”模型理论假设处在每个胞腔中的分子，都在周围配位分子产生的势场中运动，这个势场主要由第一层配位分子和中心分子的相互作用所决定，但严格说来，还必须考虑第二、第三层分子与中心分子相互作用的贡献。另外，由于胞腔中的分子及胞腔壁上的分子都在不停地运动，故胞腔中的势场是时间的函数。为简化计算，假定最近邻配位分子均处于它们的平衡位置——各自点据的晶格格点上，这样就可用一个平均势场来代替随时间变化的势场，这个平均势场对胞腔中心具有高度地对称性，可看做是圆球对称的。

由于处在格子空腔中的溶质分子要受到它周围邻近格子点上溶剂分子的吸引作用，因此，溶质分子必须克服邻近分子所产生的一个高势能区域（即势垒），才能从一个格子空腔移动到另一个格子空腔。在没有外场作用情况下，两边势垒是对称的，两边格子空腔中溶质分子越过势垒的高度相同。