Dlaczego szybkość reakcji Si i NaOH jest szybsza niż SiO2?

Dlaczego szybkość reakcjikrzema wodorotlenek sodu może przewyższyć dwutlenek krzemu, można analizować pod następującymi względami:

Różnica w energii wiązania chemicznego

▪ Reakcja krzemu i wodorotlenku sodu: Kiedy krzem reaguje z wodorotlenkiem sodu, energia wiązania Si-Si między atomami krzemu wynosi tylko 176 kJ/mol. Wiązanie Si-Si pęka podczas reakcji, którą stosunkowo łatwiej rozerwać. Z punktu widzenia kinetyki reakcja przebiega łatwiej.

▪ Reakcja dwutlenku krzemu i wodorotlenku sodu: Energia wiązania Si-O między atomami krzemu i atomami tlenu w dwutlenku krzemu wynosi 460 kJ/mol, co jest wartością stosunkowo wysoką. Do zerwania wiązania Si-O podczas reakcji potrzebna jest większa energia, więc reakcja jest stosunkowo trudna do zajścia, a jej szybkość jest niska.

Różne mechanizmy reakcji

▪ Krzem reaguje z wodorotlenkiem sodu: Krzem reaguje najpierw z wodorotlenkiem sodu, reagując z wodą, aby wytworzyć wodór i kwas krzemowy, a następnie kwas krzemowy reaguje z wodorotlenkiem sodu, aby wytworzyć krzemian sodu i wodę. Podczas tej reakcji reakcja między krzemem a wodą uwalnia ciepło, które może promować ruch cząsteczek, tworząc w ten sposób lepsze środowisko kinetyczne dla reakcji i przyspieszając szybkość reakcji.

▪ Dwutlenek krzemu reaguje z wodorotlenkiem sodu: Dwutlenek krzemu reaguje najpierw z wodorotlenkiem sodu, reagując z wodą, aby wytworzyć kwas krzemowy, a następnie kwas krzemowy reaguje z wodorotlenkiem sodu, aby wytworzyć krzemian sodu. Reakcja między dwutlenkiem krzemu a wodą jest niezwykle powolna, a proces reakcji zasadniczo nie uwalnia ciepła. Z punktu widzenia kinetyki nie sprzyja to szybkiej reakcji.

Różne struktury materiałowe

▪ Struktura krzemu:Krzemma określoną strukturę krystaliczną, a także pewne przerwy i stosunkowo słabe oddziaływania między atomami, co ułatwia kontakt roztworu wodorotlenku sodu i reakcję z atomami krzemu.

▪ Strukturakrzemdwutlenek:krzemDwutlenek węgla ma stabilną strukturę sieci przestrzennej.Krzematomy i atomy tlenu są ściśle związane wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc twardą i stabilną strukturę krystaliczną. Roztwór wodorotlenku sodu ma trudności z wniknięciem do jego wnętrza i pełnym kontaktem z atomami krzemu, co utrudnia szybką reakcję. Tylko atomy krzemu na powierzchni cząstek dwutlenku krzemu mogą reagować z wodorotlenkiem sodu, co ogranicza szybkość reakcji.

Wpływ warunków

▪ Reakcja krzemu z wodorotlenkiem sodu: Pod wpływem ciepła szybkość reakcji krzemu z roztworem wodorotlenku sodu ulegnie znacznemu przyspieszeniu, a reakcja może przebiegać bez zakłóceń w wysokich temperaturach.

▪ Reakcja dwutlenku krzemu z wodorotlenkiem sodu: Reakcja dwutlenku krzemu z roztworem wodorotlenku sodu jest bardzo powolna w temperaturze pokojowej. Zwykle szybkość reakcji będzie lepsza w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura i stężony roztwór wodorotlenku sodu.