Miksi Si:n ja NaOH:n reaktionopeus on nopeampi kuin SiO2:n?

Miksi reaktionopeus onpiija natriumhydroksidi voi ylittää piidioksidin pitoisuuden, voidaan analysoida seuraavista näkökohdista:

Kemiallisen sidoksen energian ero

▪ Piin ja natriumhydroksidin reaktio: Kun pii reagoi natriumhydroksidin kanssa, piiatomien välisen Si-Si-sidoksen energia on vain 176 kJ/mol. Si-Si-sidos katkeaa reaktion aikana, mikä on suhteellisen helpompaa. Kineettisestä näkökulmasta reaktio on helpompi edetä.

▪ Piidioksidin ja natriumhydroksidin reaktio: Piidioksidin piiatomien ja happiatomien välinen Si-O-sidosenergia on 460 kJ/mol, mikä on suhteellisen korkea. Si-O-sidoksen katkeaminen reaktion aikana vaatii enemmän energiaa, joten reaktio on suhteellisen vaikea tapahtua ja reaktionopeus on hidas.

Erilaiset reaktiomekanismit

▪ Pii reagoi natriumhydroksidin kanssa: Pii reagoi ensin natriumhydroksidin kanssa veden kanssa muodostaen vetyä ja piihappoa, minkä jälkeen piihappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen natriumsilikaattia ja vettä. Tämän reaktion aikana piin ja veden välinen reaktio vapauttaa lämpöä, mikä voi edistää molekyylien liikettä, mikä luo paremman kineettisen ympäristön reaktiolle ja kiihdyttää reaktionopeutta.

▪ Piidioksidi reagoi natriumhydroksidin kanssa: Piidioksidi reagoi ensin natriumhydroksidin kanssa veden kanssa muodostaen piihappoa, minkä jälkeen piihappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen natriumsilikaattia. Piidioksidin ja veden välinen reaktio on erittäin hidas, eikä reaktioprosessissa periaatteessa vapautu lämpöä. Kineettisestä näkökulmasta se ei edistä nopeaa reaktiota.

Erilaiset materiaalirakenteet

▪ Piirakenne:Piisillä on tietty kiderakenne, ja atomien välillä on tiettyjä aukkoja ja suhteellisen heikkoja vuorovaikutuksia, mikä helpottaa natriumhydroksidiliuoksen kosketusta ja reagointia piiatomien kanssa.

▪ Rakennepiidioksidi:piidioksidilla on vakaa spatiaalinen verkostorakenne.PiiAtomit ja happiatomit ovat tiukasti sidoksissa kovalenttisilla sidoksilla muodostaen kovan ja vakaan kiderakenteen. Natriumhydroksidiliuoksen on vaikea tunkeutua sen sisään ja päästä täysin kosketuksiin piiatomien kanssa, mikä vaikeuttaa nopeaa reaktiota. Vain piidioksidihiukkasten pinnalla olevat piiatomit voivat reagoida natriumhydroksidin kanssa, mikä rajoittaa reaktionopeutta.

Ehtojen vaikutus

▪ Piin reaktio natriumhydroksidin kanssa: Kuumennettaessa piin ja natriumhydroksidiliuoksen välinen reaktionopeus kiihtyy merkittävästi, ja reaktio voi yleensä edetä tasaisesti korkeissa lämpötiloissa.

▪ Piidioksidin reaktio natriumhydroksidin kanssa: Piidioksidin reaktio natriumhydroksidiliuoksen kanssa on hyvin hidas huoneenlämmössä. Yleensä reaktionopeus paranee ankarissa olosuhteissa, kuten korkeassa lämpötilassa ja väkevässä natriumhydroksidiliuoksessa.