Kodėl Si ir NaOH reakcijos greitis yra didesnis nei SiO2?

Kodėl reakcijos greitissilicisNatrio hidroksido, kuris gali pranokti silicio dioksido savybes, analizė gali būti vykdoma šiais aspektais:

Cheminių jungčių energijos skirtumas

▪ Silicio ir natrio hidroksido reakcija: Kai silicis reaguoja su natrio hidroksidu, Si-Si jungties energija tarp silicio atomų yra tik 176 kJ/mol. Reakcijos metu Si-Si jungtis nutrūksta, todėl ją nutraukti santykinai lengviau. Kinetikos požiūriu reakcija vyksta lengviau.

▪ Silicio dioksido ir natrio hidroksido reakcija: Si-O jungties energija tarp silicio atomų ir deguonies atomų silicio diokside yra 460 kJ/mol, tai yra santykinai didelė vertė. Reakcijos metu Si-O jungties nutraukimui reikia daugiau energijos, todėl reakcija vyksta santykinai sunkiai, o reakcijos greitis yra lėtas.

Skirtingi reakcijos mechanizmai

▪ Silicis reaguoja su natrio hidroksidu: Silicis pirmiausia reaguoja su natrio hidroksidu su vandeniu ir susidaro vandenilis bei silicio rūgštis, o tada silicio rūgštis reaguoja su natrio hidroksidu ir susidaro natrio silikatas bei vanduo. Šios reakcijos metu silicio ir vandens reakcija išskiria šilumą, kuri gali paskatinti molekulių judėjimą, taip sukuriant geresnę kinetinę aplinką reakcijai ir pagreitinant reakcijos greitį.

▪ Silicio dioksidas reaguoja su natrio hidroksidu: silicio dioksidas pirmiausia reaguoja su natrio hidroksidu su vandeniu ir susidaro silicio rūgštis, o tada silicio rūgštis reaguoja su natrio hidroksidu ir susidaro natrio silikatas. Silicio dioksido ir vandens reakcija yra labai lėta, ir reakcijos procesas iš esmės neišskiria šilumos. Kinetiniu požiūriu tai nėra palanku greitai reakcijai.

Skirtingos medžiagų struktūros

▪ Silicio struktūra:Silicisturi tam tikrą kristalinę struktūrą, yra tam tikrų tarpų ir santykinai silpna sąveika tarp atomų, todėl natrio hidroksido tirpalui lengviau kontaktuoti ir reaguoti su silicio atomais.

▪ Struktūrasilicisdioksidas:silicisdioksidas turi stabilią erdvinę tinklo struktūrą.SilicisAtomai ir deguonies atomai yra tvirtai sujungti kovalentiniais ryšiais ir sudaro kietą bei stabilią kristalinę struktūrą. Natrio hidroksido tirpalui sunku prasiskverbti į jo vidų ir visiškai susisiekti su silicio atomais, todėl reakcija tampa sudėtingesnė. Tik silicio atomai silicio dioksido dalelių paviršiuje gali reaguoti su natrio hidroksidu, todėl reakcijos greitis yra ribotas.

Sąlygų poveikis

▪ Silicio reakcija su natrio hidroksidu: Šildant silicio reakcijos su natrio hidroksido tirpalu greitis žymiai padidėja, o aukštoje temperatūroje reakcija paprastai gali vykti sklandžiai.

▪ Silicio dioksido reakcija su natrio hidroksidu: Kambario temperatūroje silicio dioksido reakcija su natrio hidroksido tirpalu yra labai lėta. Paprastai reakcijos greitis padidėja esant griežtoms sąlygoms, tokioms kaip aukšta temperatūra ir koncentruotas natrio hidroksido tirpalas.