Miks on Si ja NaOH reaktsioonikiirus suurem kui SiO2 reaktsioonikiirus?

Miks reaktsioonikiirus onräniJa naatriumhüdroksiidi oma saab ületada ränidioksiidi oma, mida saab analüüsida järgmiste aspektide põhjal:

Keemilise sideme energia erinevus

▪ Räni ja naatriumhüdroksiidi reaktsioon: Kui räni reageerib naatriumhüdroksiidiga, on räni aatomite vahelise Si-Si sideme energia vaid 176 kJ/mol. Si-Si side katkeb reaktsiooni käigus ja seda on suhteliselt lihtsam katkestada. Kineetilisest vaatepunktist on reaktsioonil lihtsam kulgeda.

▪ Ränidioksiidi ja naatriumhüdroksiidi reaktsioon: Räni aatomite ja hapniku aatomite vahelise Si-O sideme energia ränidioksiidis on 460 kJ/mol, mis on suhteliselt kõrge. Si-O sideme lõhkumiseks reaktsiooni ajal kulub rohkem energiat, seega on reaktsiooni toimumine suhteliselt keeruline ja reaktsioonikiirus aeglane.

Erinevad reaktsioonimehhanismid

▪ Räni reageerib naatriumhüdroksiidiga: räni reageerib esmalt naatriumhüdroksiidiga, reageerides veega, moodustades vesinikku ja ränihapet, seejärel reageerib ränihape naatriumhüdroksiidiga, moodustades naatriumsilikaati ja vett. Selle reaktsiooni käigus vabaneb räni ja vee vaheline reaktsioon soojust, mis võib soodustada molekulaarset liikumist, luues seeläbi parema kineetilise keskkonna reaktsiooniks ja kiirendades reaktsioonikiirust.

▪ Ränidioksiid reageerib naatriumhüdroksiidiga: ränidioksiid reageerib esmalt naatriumhüdroksiidiga, reageerides veega, moodustades ränihappe, seejärel reageerib ränihape naatriumhüdroksiidiga, moodustades naatriumsilikaadi. Ränidioksiidi ja vee vaheline reaktsioon on äärmiselt aeglane ning reaktsiooniprotsess põhimõtteliselt ei eralda soojust. Kineetilisest vaatepunktist ei soodusta see kiiret reaktsiooni.

Erinevad materjalistruktuurid

▪ Räni struktuur:Ränion teatud kristallstruktuuriga ning aatomite vahel on teatud lüngad ja suhteliselt nõrgad interaktsioonid, mis hõlbustab naatriumhüdroksiidi lahuse kokkupuudet räni aatomitega ja reageerimist nendega.

▪ Struktuurränidioksiid:ränidioksiidil on stabiilne ruumiline võrgustiku struktuur.RäniAatomid ja hapnikuaatomid on tihedalt seotud kovalentsete sidemetega, moodustades kõva ja stabiilse kristallstruktuuri. Naatriumhüdroksiidi lahusel on raske selle sisemusse tungida ja räni aatomitega täielikult kokku puutuda, mis raskendab kiiret reaktsiooni. Ainult ränidioksiidi osakeste pinnal olevad räni aatomid saavad naatriumhüdroksiidiga reageerida, mis piirab reaktsiooni kiirust.

Tingimuste mõju

▪ Räni reaktsioon naatriumhüdroksiidiga: Kuumutamise tingimustes kiireneb räni reaktsioonikiirus naatriumhüdroksiidi lahusega märkimisväärselt ning reaktsioon kulgeb kõrgetel temperatuuridel üldiselt sujuvalt.

▪ Ränidioksiidi reaktsioon naatriumhüdroksiidiga: Ränidioksiidi reaktsioon naatriumhüdroksiidi lahusega on toatemperatuuril väga aeglane. Tavaliselt paraneb reaktsioonikiirus karmides tingimustes, näiteks kõrgel temperatuuril ja kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi lahuses.