Hvorfor er reaktionshastigheden for Si og NaOH hurtigere end for SiO2?

Hvorfor reaktionshastigheden forsiliciumog natriumhydroxid kan overgå siliciumdioxid, og det kan analyseres ud fra følgende aspekter:

Forskel i kemisk bindingsenergi

▪ Reaktion mellem silicium og natriumhydroxid: Når silicium reagerer med natriumhydroxid, er Si-Si-bindingsenergien mellem siliciumatomerne kun 176 kJ/mol. Si-Si-bindingen brydes under reaktionen, hvilket er relativt lettere at bryde. Fra et kinetisk synspunkt er reaktionen lettere at forløbe.

▪ Reaktion mellem siliciumdioxid og natriumhydroxid: Si-O-bindingsenergien mellem siliciumatomer og oxygenatomer i siliciumdioxid er 460 kJ/mol, hvilket er relativt højt. Det kræver mere energi at bryde Si-O-bindingen under reaktionen, så reaktionen er relativt vanskelig at finde sted, og reaktionshastigheden er langsom.

Forskellige reaktionsmekanismer

▪ Silicium reagerer med natriumhydroxid: Silicium reagerer først med natriumhydroxid ved at reagere med vand for at danne hydrogen og kiselsyre, derefter reagerer kiselsyre med natriumhydroxid for at danne natriumsilikat og vand. Under denne reaktion frigiver reaktionen mellem silicium og vand varme, som kan fremme molekylær bevægelse og derved skabe et bedre kinetisk miljø for reaktionen og accelerere reaktionshastigheden.

▪ Siliciumdioxid reagerer med natriumhydroxid: Siliciumdioxid reagerer først med natriumhydroxid ved at reagere med vand for at danne kiselsyre, derefter reagerer kiselsyre med natriumhydroxid for at danne natriumsilikat. Reaktionen mellem siliciumdioxid og vand er ekstremt langsom, og reaktionsprocessen frigiver stort set ingen varme. Fra et kinetisk synspunkt er det ikke befordrende for en hurtig reaktion.

Forskellige materialestrukturer

▪ Siliciumstruktur:Siliciumhar en bestemt krystalstruktur, og der er visse huller og relativt svage interaktioner mellem atomer, hvilket gør det lettere for natriumhydroxidopløsning at komme i kontakt med og reagere med siliciumatomer.

▪ Struktur afsiliciumdioxid:siliciumDioxid har en stabil rumlig netværksstruktur.SiliciumAtomer og iltatomer er tæt bundet af kovalente bindinger og danner en hård og stabil krystalstruktur. Det er vanskeligt for natriumhydroxidopløsningen at trænge ind i dens indre og komme fuldstændigt i kontakt med siliciumatomer, hvilket resulterer i vanskeligheder med hurtig reaktion. Kun siliciumatomer på overfladen af ​​siliciumdioxidpartikler kan reagere med natriumhydroxid, hvilket begrænser reaktionshastigheden.

Effekt af betingelser

▪ Reaktion af silicium med natriumhydroxid: Under opvarmningsforhold vil reaktionshastigheden af ​​silicium med natriumhydroxidopløsning blive betydeligt accelereret, og reaktionen kan generelt forløbe gnidningsløst ved høje temperaturer.

▪ Reaktion af siliciumdioxid med natriumhydroxid: Reaktionen af ​​siliciumdioxid med natriumhydroxidopløsning er meget langsom ved stuetemperatur. Reaktionshastigheden vil normalt forbedres under barske forhold såsom høj temperatur og koncentreret natriumhydroxidopløsning.