Waarom is de reactiesnelheid vansiliciumen natriumhydroxide kan dat van siliciumdioxide overtreffen en kan worden geanalyseerd vanuit de volgende aspecten:
Verschil in chemische bindingsenergie
▪ Reactie van silicium en natriumhydroxide: Wanneer silicium reageert met natriumhydroxide, bedraagt de Si-Si-bindingsenergie tussen siliciumatomen slechts 176 kJ/mol. De Si-Si-binding breekt tijdens de reactie, wat relatief gemakkelijker is. Vanuit kinetisch oogpunt verloopt de reactie gemakkelijker.
▪ Reactie van siliciumdioxide en natriumhydroxide: De Si-O-bindingsenergie tussen siliciumatomen en zuurstofatomen in siliciumdioxide is 460 kJ/mol, wat relatief hoog is. Er is meer energie nodig om de Si-O-binding tijdens de reactie te verbreken, waardoor de reactie relatief moeilijk verloopt en de reactiesnelheid laag is.
Verschillende reactiemechanismen
▪ Silicium reageert met natriumhydroxide: Silicium reageert eerst met natriumhydroxide door te reageren met water om waterstof en kiezelzuur te genereren, waarna kiezelzuur reageert met natriumhydroxide om natriumsilicaat en water te genereren. Tijdens deze reactie tussen silicium en water komt warmte vrij, wat de moleculaire beweging kan bevorderen, waardoor een betere kinetische omgeving voor de reactie ontstaat en de reactiesnelheid wordt versneld.
▪ Siliciumdioxide reageert met natriumhydroxide: Siliciumdioxide reageert eerst met natriumhydroxide door te reageren met water om kiezelzuur te vormen, waarna kiezelzuur reageert met natriumhydroxide om natriumsilicaat te vormen. De reactie tussen siliciumdioxide en water is extreem traag en er komt in principe geen warmte vrij. Vanuit kinetisch oogpunt is het niet bevorderlijk voor een snelle reactie.
Verschillende materiële structuren
▪ Siliciumstructuur:Siliciumheeft een bepaalde kristalstructuur en er zijn bepaalde openingen en relatief zwakke interacties tussen atomen, waardoor het voor de natriumhydroxide-oplossing gemakkelijker is om in contact te komen met siliciumatomen en hiermee te reageren.
▪ Structuur vansiliciumdioxide:siliciumkooldioxide heeft een stabiele ruimtelijke netwerkstructuur.SiliciumAtomen en zuurstofatomen zijn stevig gebonden door covalente bindingen om een harde en stabiele kristalstructuur te vormen. Het is moeilijk voor natriumhydroxideoplossing om door te dringen tot in het binnenste en volledig in contact te komen met siliciumatomen, wat resulteert in problemen bij een snelle reactie. Alleen siliciumatomen op het oppervlak van siliciumdioxidedeeltjes kunnen reageren met natriumhydroxide, wat de reactiesnelheid beperkt.
Effect van omstandigheden
▪ Reactie van silicium met natriumhydroxide: Onder verhittingsomstandigheden zal de reactiesnelheid van silicium met natriumhydroxideoplossing aanzienlijk worden versneld, en de reactie kan over het algemeen soepel verlopen bij hoge temperaturen.
▪ Reactie van siliciumdioxide met natriumhydroxide: De reactie van siliciumdioxide met een natriumhydroxideoplossing verloopt zeer langzaam bij kamertemperatuur. De reactiesnelheid verbetert doorgaans onder zware omstandigheden, zoals hoge temperaturen en een geconcentreerde natriumhydroxideoplossing.
Plaatsingstijd: 10-12-2024