Tại sao tốc độ phản ứng của Si và NaOH lại nhanh hơn SiO2?

Tại sao tốc độ phản ứng củasilicvà natri hiđroxit có thể vượt trội hơn silic đioxit có thể được phân tích từ các khía cạnh sau:

Sự khác biệt về năng lượng liên kết hóa học

▪ Phản ứng của silic và natri hiđroxit: Khi silic phản ứng với natri hiđroxit, năng lượng liên kết Si-Si giữa các nguyên tử silic chỉ là 176kJ/mol. Liên kết Si-Si bị phá vỡ trong quá trình phản ứng, tương đối dễ phá vỡ hơn. Theo quan điểm động học, phản ứng dễ tiến hành hơn.

▪ Phản ứng giữa silic dioxit và natri hiđroxit: Năng lượng liên kết Si-O giữa nguyên tử silic và nguyên tử oxy trong silic dioxit là 460kJ/mol, tương đối cao. Trong quá trình phản ứng, cần năng lượng cao hơn để phá vỡ liên kết Si-O, do đó phản ứng tương đối khó xảy ra và tốc độ phản ứng chậm.

Các cơ chế phản ứng khác nhau

▪ Silic phản ứng với natri hiđroxit: Silic phản ứng với natri hiđroxit trước tiên bằng cách phản ứng với nước tạo ra hydro và axit silicic, sau đó axit silicic phản ứng với natri hiđroxit tạo ra natri silicat và nước. Trong phản ứng này, phản ứng giữa silic và nước giải phóng nhiệt, có thể thúc đẩy chuyển động phân tử, do đó tạo ra môi trường động học tốt hơn cho phản ứng và tăng tốc độ phản ứng.

▪ Silic dioxit phản ứng với natri hiđroxit: Silic dioxit phản ứng với natri hiđroxit trước tiên bằng cách phản ứng với nước tạo thành axit silicic, sau đó axit silicic phản ứng với natri hiđroxit tạo thành natri silicat. Phản ứng giữa silic dioxit và nước cực kỳ chậm, quá trình phản ứng về cơ bản không giải phóng nhiệt. Theo quan điểm động học, nó không có lợi cho phản ứng nhanh.

Cấu trúc vật liệu khác nhau

▪ Cấu trúc silic:Siliccó cấu trúc tinh thể nhất định, có một số khoảng trống và tương tác tương đối yếu giữa các nguyên tử, giúp dung dịch natri hiđroxit dễ tiếp xúc và phản ứng với các nguyên tử silic.

▪ Cấu trúc củasilicđiôxít:silicdioxide có cấu trúc mạng không gian ổn định.Silicnguyên tử và nguyên tử oxy được liên kết chặt chẽ bằng liên kết cộng hóa trị để tạo thành cấu trúc tinh thể cứng và ổn định. Dung dịch natri hiđroxit khó có thể thấm vào bên trong và tiếp xúc hoàn toàn với các nguyên tử silic, dẫn đến phản ứng nhanh gặp khó khăn. Chỉ có các nguyên tử silic trên bề mặt các hạt silic dioxit mới có thể phản ứng với natri hiđroxit, hạn chế tốc độ phản ứng.

Tác động của điều kiện

▪ Phản ứng của silic với natri hiđroxit: Trong điều kiện đun nóng, tốc độ phản ứng của silic với dung dịch natri hiđroxit sẽ tăng nhanh đáng kể và phản ứng thường có thể diễn ra suôn sẻ ở nhiệt độ cao.

▪ Phản ứng của silic dioxit với natri hiđroxit: Phản ứng của silic dioxit với dung dịch natri hiđroxit rất chậm ở nhiệt độ phòng. Thông thường, tốc độ phản ứng sẽ được cải thiện trong điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ cao và dung dịch natri hiđroxit đậm đặc.