Varför är reaktionshastigheten för Si och NaOH snabbare än för SiO2?

Varför reaktionshastigheten förkiseloch natriumhydroxid kan överträffa kiseldioxid kan analyseras utifrån följande aspekter:

Skillnad i kemisk bindningsenergi

▪ Reaktion mellan kisel och natriumhydroxid: När kisel reagerar med natriumhydroxid är Si-Si-bindningsenergin mellan kiselatomerna endast 176 kJ/mol. Si-Si-bindningen bryts under reaktionen, vilket är relativt lättare att bryta. Ur kinetisk synvinkel är reaktionen lättare att fortskrida.

▪ Reaktion mellan kiseldioxid och natriumhydroxid: Si-O-bindningsenergin mellan kiselatomer och syreatomer i kiseldioxid är 460 kJ/mol, vilket är relativt högt. Det krävs högre energi för att bryta Si-O-bindningen under reaktionen, så reaktionen är relativt svår att genomföra och reaktionshastigheten är långsam.

Olika reaktionsmekanismer

▪ Kisel reagerar med natriumhydroxid: Kisel reagerar först med natriumhydroxid genom att reagera med vatten för att generera väte och kiselsyra, sedan reagerar kiselsyra med natriumhydroxid för att generera natriumsilikat och vatten. Under denna reaktion frigör reaktionen mellan kisel och vatten värme, vilket kan främja molekylär rörelse, vilket skapar en bättre kinetisk miljö för reaktionen och accelererar reaktionshastigheten.

▪ Kiseldioxid reagerar med natriumhydroxid: Kiseldioxid reagerar först med natriumhydroxid genom att reagera med vatten för att bilda kiselsyra, sedan reagerar kiselsyra med natriumhydroxid för att bilda natriumsilikat. Reaktionen mellan kiseldioxid och vatten är extremt långsam, och reaktionsprocessen frigör i princip ingen värme. Ur kinetisk synvinkel är det inte gynnsamt för en snabb reaktion.

Olika materialstrukturer

▪ Kiselstruktur:Kiselhar en viss kristallstruktur, och det finns vissa mellanrum och relativt svaga interaktioner mellan atomer, vilket gör det lättare för natriumhydroxidlösning att komma i kontakt med och reagera med kiselatomer.

▪ Struktur avkiseldioxid:kiseldioxid har en stabil rumslig nätverksstruktur.KiselAtomer och syreatomer är tätt bundna av kovalenta bindningar för att bilda en hård och stabil kristallstruktur. Det är svårt för natriumhydroxidlösning att tränga in i dess inre och helt komma i kontakt med kiselatomer, vilket resulterar i svårigheter med snabb reaktion. Endast kiselatomer på ytan av kiseldioxidpartiklar kan reagera med natriumhydroxid, vilket begränsar reaktionshastigheten.

Effekt av villkor

▪ Reaktion av kisel med natriumhydroxid: Under uppvärmningsförhållanden accelereras reaktionshastigheten för kisel med natriumhydroxidlösning avsevärt, och reaktionen kan i allmänhet fortskrida smidigt vid höga temperaturer.

▪ Reaktion av kiseldioxid med natriumhydroxid: Reaktionen av kiseldioxid med natriumhydroxidlösning är mycket långsam vid rumstemperatur. Vanligtvis förbättras reaktionshastigheten under hårda förhållanden som hög temperatur och koncentrerad natriumhydroxidlösning.