Hvorfor er reaksjonshastigheten til Si og NaOH raskere enn SiO2?

Hvorfor reaksjonshastigheten tilsilisiumog natriumhydroksid kan overgå silisiumdioksid, og kan analyseres fra følgende aspekter:

Forskjell i kjemisk bindingsenergi

▪ Reaksjon mellom silisium og natriumhydroksid: Når silisium reagerer med natriumhydroksid, er Si-Si-bindingsenergien mellom silisiumatomene bare 176 kJ/mol. Si-Si-bindingen brytes under reaksjonen, som er relativt lettere å bryte. Fra et kinetisk synspunkt er reaksjonen lettere å forløpe.

▪ Reaksjon mellom silisiumdioksid og natriumhydroksid: Si-O-bindingsenergien mellom silisiumatomer og oksygenatomer i silisiumdioksid er 460 kJ/mol, noe som er relativt høyt. Det krever mer energi å bryte Si-O-bindingen under reaksjonen, så reaksjonen er relativt vanskelig å gjennomføre og reaksjonshastigheten er langsom.

Ulike reaksjonsmekanismer

▪ Silisium reagerer med natriumhydroksid: Silisium reagerer først med natriumhydroksid ved å reagere med vann for å generere hydrogen og kiselsyre, deretter reagerer kiselsyre med natriumhydroksid for å generere natriumsilikat og vann. Under denne reaksjonen frigjør reaksjonen mellom silisium og vann varme, som kan fremme molekylær bevegelse, og dermed skape et bedre kinetisk miljø for reaksjonen og akselerere reaksjonshastigheten.

▪ Silisiumdioksid reagerer med natriumhydroksid: Silisiumdioksid reagerer først med natriumhydroksid ved å reagere med vann for å danne kiselsyre, deretter reagerer kiselsyre med natriumhydroksid for å danne natriumsilikat. Reaksjonen mellom silisiumdioksid og vann er ekstremt langsom, og reaksjonsprosessen frigjør i utgangspunktet ikke varme. Fra et kinetisk synspunkt er det ikke gunstig for en rask reaksjon.

Ulike materialstrukturer

▪ Silisiumstruktur:Silisiumhar en viss krystallstruktur, og det er visse gap og relativt svake interaksjoner mellom atomer, noe som gjør det lettere for natriumhydroksidløsning å komme i kontakt med og reagere med silisiumatomer.

▪ Struktur avsilisiumdioksid:silisiumDioksid har en stabil romlig nettverksstruktur.SilisiumAtomer og oksygenatomer er tett bundet sammen av kovalente bindinger for å danne en hard og stabil krystallstruktur. Det er vanskelig for natriumhydroksidløsning å trenge inn i dens indre og komme i full kontakt med silisiumatomer, noe som resulterer i vanskeligheter med rask reaksjon. Bare silisiumatomer på overflaten av silisiumdioksidpartiklene kan reagere med natriumhydroksid, noe som begrenser reaksjonshastigheten.

Effekt av forhold

▪ Reaksjon av silisium med natriumhydroksid: Under oppvarmingsforhold vil reaksjonshastigheten til silisium med natriumhydroksidløsning bli betydelig akselerert, og reaksjonen kan generelt forløpe jevnt ved høye temperaturer.

▪ Reaksjon av silisiumdioksid med natriumhydroksid: Reaksjonen av silisiumdioksid med natriumhydroksidløsning er svært langsom ved romtemperatur. Vanligvis vil reaksjonshastigheten forbedres under tøffe forhold som høy temperatur og konsentrert natriumhydroksidløsning.