一种可测量扩散系数的离子扩散演示仪
摘 要：文章主要针对离子扩散演示与扩散系数这两个方面进行讨论。本文首先针对微观运动中，离子及其他微观粒子扩散演示对于中学生微观世界的科学学习的启蒙教学意义作了说明与思考，同时，对于物质在溶液中的扩散，本文对于扩散系数这一概念以及相关的Fick定律进行了简单说明，并且简要说明了该系数计算方法的研究意义，于中间部分介绍了一些目前的离子扩散的演示方法以及扩散系数的测量方法，最后进行了对于具体定量测量扩散系数的例子对比分析。
关键词：教学演示、离子扩散、扩散系数
- 研究背景
- 科学教学意义
科学是在义务教育阶段以培养学生科学素养为宗旨的核心课程，其强调学生创新与辩证等思维的培养与形成。而对于初中学生，在经过了小学的科学基础知识的学习，已经具有了一定的科学素养，但处于该阶段的学生对于科学的认识，还处在一个需要将科学知识与确切的生活经验认识相联系的阶段，他们对看得见、摸得着和日常生活经常接触到的事物形成较多的认识，而对那些比较抽象的知识认识很少[1]，这也就说明了抽象的概念知识对学生来说是一个较为陌生的学习领域，对于学生来说，科学知识的学习应该始于其在生活实践中对于自然界的认识，不该仅仅是对于课本知识的记忆与接受，而初中科学的教学在部分内容已经开始触及微观世界的认识，这对于初中学生来说是一个较大的学习跨度，而触及微观世界方面的知识，必然是与分子、离子等微观粒子无法脱离关系，因此，我们需要一种能够使学生更为直观的认识微观粒子运动的教学手段。
- 扩散系数
1.扩散系数含义与测量意义
扩散系数是指当浓度梯度为一个单位时，单位时间内通过单位面积的气体量。离子扩散系数的测量，对于许多方面都有着很重大的意义，例如对于铁路、公路以及大桥等方面的建筑工程，氯离子的扩散会严重腐蚀这些结构的建筑物造成安全隐患[2]，这是由于氯离子半径小、活性多大，并且极具吸附能力与穿 透能力，能够腐蚀电池并破坏钢筋纯化膜，还具有去极化和导电作用，因此要保证工程的安全施行必须建立氯离子扩散模型[3]，用于评估建筑寿命以及工程风险,并且氯离子于河道中的扩散，会造成藻类的大量繁殖使河道被污染，其他生物灭绝，美国宾夕法尼亚州莫农加希拉河就曾因该处油气井因水力压裂工艺开采天然气导致大量井内盐水回流[4]，使得氯离子浓度大幅上升，引起了关注。
2.Fick定律简介
Fick定律是描述分子扩散过程中传质通量与浓度梯度之间关系的定律，包
含Fick第一定律与Fick第二定律。扩散系数D的测量必须遵循Fick定律。
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