Warum ist die Reaktionsgeschwindigkeit von Si und NaOH höher als die von SiO2?

Warum die Reaktionsgeschwindigkeit vonSiliziumund Natriumhydroxid kann das von Siliziumdioxid übertreffen und kann unter folgenden Aspekten analysiert werden:

Unterschied in der chemischen Bindungsenergie

▪ Reaktion von Silizium und Natriumhydroxid: Bei der Reaktion von Silizium mit Natriumhydroxid beträgt die Si-Si-Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen nur 176 kJ/mol. Die Si-Si-Bindung bricht während der Reaktion, was relativ leicht zu brechen ist. Aus kinetischer Sicht verläuft die Reaktion leichter.

▪ Reaktion von Siliziumdioxid und Natriumhydroxid: Die Si-O-Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen und Sauerstoffatomen in Siliziumdioxid beträgt 460 kJ/mol, was relativ hoch ist. Da während der Reaktion mehr Energie zum Aufbrechen der Si-O-Bindung benötigt wird, ist die Reaktion relativ schwierig und die Reaktionsgeschwindigkeit gering.

Verschiedene Reaktionsmechanismen

▪ Silizium reagiert mit Natriumhydroxid: Silizium reagiert zunächst mit Natriumhydroxid, indem es mit Wasser reagiert, wobei Wasserstoff und Kieselsäure entstehen. Anschließend reagiert Kieselsäure mit Natriumhydroxid, wobei Natriumsilikat und Wasser entstehen. Während dieser Reaktion zwischen Silizium und Wasser wird Wärme freigesetzt, die die Molekülbewegung fördern kann, wodurch eine bessere kinetische Umgebung für die Reaktion geschaffen und die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigt wird.

▪ Siliziumdioxid reagiert mit Natriumhydroxid: Siliziumdioxid reagiert zunächst mit Natriumhydroxid, indem es mit Wasser zu Kieselsäure reagiert. Anschließend reagiert Kieselsäure mit Natriumhydroxid zu Natriumsilikat. Die Reaktion zwischen Siliziumdioxid und Wasser ist extrem langsam und der Reaktionsprozess setzt grundsätzlich keine Wärme frei. Aus kinetischer Sicht ist eine schnelle Reaktion nicht förderlich.

Unterschiedliche Materialstrukturen

▪ Siliziumstruktur:Siliziumhat eine bestimmte Kristallstruktur und es gibt bestimmte Lücken und relativ schwache Wechselwirkungen zwischen den Atomen, wodurch es für die Natriumhydroxidlösung einfacher wird, mit Siliziumatomen in Kontakt zu kommen und zu reagieren.

▪ Struktur derSiliziumKohlendioxid:SiliziumKohlendioxid verfügt über eine stabile räumliche Netzwerkstruktur.SiliziumAtome und Sauerstoffatome sind durch kovalente Bindungen fest miteinander verbunden und bilden eine harte und stabile Kristallstruktur. Natriumhydroxidlösung kann nur schwer in das Innere eindringen und die Siliziumatome vollständig berühren, was eine schnelle Reaktion erschwert. Nur Siliziumatome an der Oberfläche von Siliziumdioxidpartikeln können mit Natriumhydroxid reagieren, was die Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt.

Auswirkung der Bedingungen

▪ Reaktion von Silizium mit Natriumhydroxid: Unter Erhitzungsbedingungen wird die Reaktionsgeschwindigkeit von Silizium mit Natriumhydroxidlösung erheblich beschleunigt und die Reaktion kann bei hohen Temperaturen im Allgemeinen reibungslos ablaufen.

▪ Reaktion von Siliziumdioxid mit Natriumhydroxid: Die Reaktion von Siliziumdioxid mit Natriumhydroxidlösung ist bei Raumtemperatur sehr langsam. Normalerweise verbessert sich die Reaktionsgeschwindigkeit unter rauen Bedingungen wie hohen Temperaturen und konzentrierter Natriumhydroxidlösung.