Prečo je reakčná rýchlosť Si a NaOH rýchlejšia ako SiO2?

Prečo je reakčná rýchlosťkremíka hydroxid sodný môže prekonať oxid kremičitý, čo možno analyzovať z nasledujúcich hľadísk:

Rozdiel v energii chemickej väzby

▪ Reakcia kremíka a hydroxidu sodného: Keď kremík reaguje s hydroxidom sodným, energia väzby Si-Si medzi atómami kremíka je iba 176 kJ/mol. Väzba Si-Si sa počas reakcie preruší, čo je relatívne ľahšie. Z kinetického hľadiska reakcia prebieha ľahšie.

▪ Reakcia oxidu kremičitého a hydroxidu sodného: Energia väzby Si-O medzi atómami kremíka a atómami kyslíka v oxide kremičitom je 460 kJ/mol, čo je relatívne vysoká hodnota. Na prerušenie väzby Si-O počas reakcie je potrebná vyššia energia, takže reakcia prebieha relatívne ťažko a rýchlosť reakcie je pomalá.

Rôzne reakčné mechanizmy

▪ Kremík reaguje s hydroxidom sodným: Kremík reaguje s hydroxidom sodným najprv reakciou s vodou za vzniku vodíka a kyseliny kremičitej, potom kyselina kremičitá reaguje s hydroxidom sodným za vzniku kremičitanu sodného a vody. Počas tejto reakcie sa uvoľňuje teplo medzi kremíkom a vodou, ktoré môže podporiť molekulárny pohyb, čím sa vytvorí lepšie kinetické prostredie pre reakciu a zrýchli sa rýchlosť reakcie.

▪ Oxid kremičitý reaguje s hydroxidom sodným: Oxid kremičitý reaguje s hydroxidom sodným najprv reakciou s vodou za vzniku kyseliny kremičitej, potom kyselina kremičitá reaguje s hydroxidom sodným za vzniku kremičitanu sodného. Reakcia medzi oxidom kremičitým a vodou je extrémne pomalá a reakčný proces v podstate neuvoľňuje teplo. Z kinetického hľadiska to nevedie k rýchlej reakcii.

Rôzne materiálové štruktúry

▪ Kremíková štruktúra:Kremíkmá určitú kryštálovú štruktúru a medzi atómami existujú určité medzery a relatívne slabé interakcie, čo uľahčuje kontakt a reakciu roztoku hydroxidu sodného s atómami kremíka.

▪ Štruktúrakremíkoxid:kremíkOxid má stabilnú priestorovú sieťovú štruktúru.KremíkAtómy kremíka a atómy kyslíka sú pevne viazané kovalentnými väzbami a tvoria tvrdú a stabilnú kryštálovú štruktúru. Pre roztok hydroxidu sodného je ťažké preniknúť do jeho vnútra a úplne sa dotknúť atómov kremíka, čo sťažuje rýchlu reakciu. S hydroxidom sodným môžu reagovať iba atómy kremíka na povrchu častíc oxidu kremičitého, čo obmedzuje rýchlosť reakcie.

Vplyv podmienok

▪ Reakcia kremíka s hydroxidom sodným: Za podmienok zahrievania sa rýchlosť reakcie kremíka s roztokom hydroxidu sodného výrazne zrýchli a reakcia môže vo všeobecnosti prebiehať hladko pri vysokých teplotách.

▪ Reakcia oxidu kremičitého s hydroxidom sodným: Reakcia oxidu kremičitého s roztokom hydroxidu sodného je pri izbovej teplote veľmi pomalá. Zvyčajne sa reakčná rýchlosť zlepší v náročných podmienkach, ako je vysoká teplota a koncentrovaný roztok hydroxidu sodného.