林高远，黄 磊，高诗婕，王君杰，黄涵之，李朝阳

(杭州师范大学 物理系，浙江 杭州 311121)

溶液离子扩散是溶液的基本性质，是因微粒的热运动而产生的物质迁移现象. 离子的浓度差是引起离子扩散的重要原因，研究浓度差引起的离子扩散，一直是物理、化工、生物和地质等领域的研究热点. 在建筑领域，Cl—的扩散系数是反映混凝土Cl—侵蚀的重要参量之一[1]. Haluszczak等研究发现，页岩储层中盐离子的扩散是引起返排液的矿化度升高的重要原因[2]. 在教学上，常用电解液的导电性能来演示离子的扩散[3-4]. 但该方法功能单一，且不能连续反映离子的扩散位置. 在定量衡量扩散快慢方面，G. Sese等在室温下测得质量分数20%NaCl溶液在清水中的扩散系数为1.22×10-9m2/s[5]，顾江华等测得的扩散系数为0.932×10-9m2/s[6]，二者相差较大. 本文利用激光在梯度溶液中弯曲传播的特性，设计了离子扩散演示仪，可以模拟演示海市蜃楼现象，反映离子的扩散快慢，并测量离子的扩散系数.

1 实验仪器与原理

1.1 实验仪器

离子扩散演示仪实物图如图1所示，由水槽(长50.40 cm，宽21.85 cm，高60.00 cm)、激光光源、硅光电池、万用表和丝杆等组成. 激光光源和硅光电池保持在同一水平线上，并固定在同一支架两侧. 通过旋转仪器背后的升降调节旋钮，可以实现激光光源和硅光电池的同步升降.

图1 离子扩散演示仪

1.2 梯度溶液的配制

在水槽内加入1/3容积的清水约20 kg和3 kg NaCl，搅拌均匀使其充分溶解，得到质量分数为13%的NaCl溶液. 在溶液上方铺1层保鲜膜，通过虹吸的方法……