لماذا يكون معدل تفاعل Si وNaOH أسرع من SiO2؟

لماذا معدل التفاعلالسيليكونوهيدروكسيد الصوديوم يمكن أن يفوق ثاني أكسيد السيليكون ويمكن تحليله من الجوانب التالية:

الفرق في طاقة الروابط الكيميائية

 تفاعل السيليكون وهيدروكسيد الصوديوم: عندما يتفاعل السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم، تكون طاقة الرابطة Si-Si بين ذرات السيليكون 176 كيلو جول/مول فقط. تنكسر رابطة Si-Si أثناء التفاعل، وهو أمر يسهل كسره نسبيًا. من وجهة نظر حركية، يكون التفاعل أسهل.

 تفاعل ثاني أكسيد السيليكون وهيدروكسيد الصوديوم: تبلغ طاقة الرابطة Si-O بين ذرات السيليكون وذرات الأكسجين في ثاني أكسيد السيليكون 460 كيلو جول/مول، وهي نسبة عالية نسبيًا. يتطلب الأمر طاقة أعلى لكسر رابطة Si-O أثناء التفاعل، لذلك يكون التفاعل صعبًا نسبيًا ويكون معدل التفاعل بطيئًا.

آليات رد الفعل المختلفة

▪ يتفاعل السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم: يتفاعل السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم أولاً عن طريق التفاعل مع الماء لينتج الهيدروجين وحمض السيليسيك، ثم يتفاعل حمض السيليسيك مع هيدروكسيد الصوديوم لينتج سيليكات الصوديوم والماء. خلال هذا التفاعل، يطلق التفاعل بين السيليكون والماء حرارة، والتي يمكن أن تعزز الحركة الجزيئية، وبالتالي خلق بيئة حركية أفضل للتفاعل وتسريع معدل التفاعل.

▪ يتفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم: يتفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم أولاً عن طريق التفاعل مع الماء لينتج حمض السيليسيك، ثم يتفاعل حمض السيليسيك مع هيدروكسيد الصوديوم لينتج سيليكات الصوديوم. التفاعل بين ثاني أكسيد السيليكون والماء بطيء للغاية، وعملية التفاعل في الأساس لا تطلق الحرارة. من وجهة نظر حركية، فإنه لا يفضي إلى رد فعل سريع.

هياكل مادية مختلفة

▪ هيكل السيليكون:السيليكونله بنية بلورية معينة، وهناك فجوات معينة وتفاعلات ضعيفة نسبيا بين الذرات، مما يسهل على محلول هيدروكسيد الصوديوم الاتصال والتفاعل مع ذرات السيليكون.

▪ هيكلالسيليكونثاني أكسيد:السيليكونثاني أكسيد لديه بنية شبكة مكانية مستقرة.السيليكونترتبط الذرات وذرات الأكسجين ارتباطًا وثيقًا بروابط تساهمية لتكوين بنية بلورية صلبة ومستقرة. ومن الصعب على محلول هيدروكسيد الصوديوم أن يتغلغل إلى داخله ويتصل بذرات السيليكون بشكل كامل، مما يؤدي إلى صعوبة التفاعل السريع. فقط ذرات السيليكون الموجودة على سطح جزيئات ثاني أكسيد السيليكون يمكنها التفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم، مما يحد من معدل التفاعل.

تأثير الظروف

 تفاعل السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم: في ظل ظروف التسخين، سيتم تسريع معدل تفاعل السيليكون مع محلول هيدروكسيد الصوديوم بشكل كبير، ويمكن أن يستمر التفاعل بشكل عام بسلاسة عند درجات حرارة عالية.

▪ تفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع هيدروكسيد الصوديوم: تفاعل ثاني أكسيد السيليكون مع محلول هيدروكسيد الصوديوم بطيء جداً عند درجة حرارة الغرفة. عادة، سيتم تحسين معدل التفاعل في ظل الظروف القاسية مثل درجة الحرارة العالية ومحلول هيدروكسيد الصوديوم المركز.