Чаму хуткасць рэакцыі Si і NaOH хутчэй, чым SiO2?

Чаму хуткасць рэакцыікрэмнійі гідраксід натрыю можа перасягнуць дыяксід крэмнію, можна прааналізаваць з наступных аспектаў:

Розніца ў энергіі хімічнай сувязі

▪ Рэакцыя крэмнію і гідраксіду натрыю: Калі крэмній рэагуе з гідраксідам натрыю, энергія сувязі Si-Si паміж атамамі крэмнію складае ўсяго 176 кДж/моль. Сувязь Si-Si разрываецца падчас рэакцыі, якую параўнальна лягчэй разарваць. З кінэтычнай пункту гледжання рэакцыя працякае лягчэй.

▪ Рэакцыя дыяксіду крэмнія і гідраксіду натрыю: Энергія сувязі Si-O паміж атамамі крэмнію і атамамі кіслароду ў дыяксідзе крэмнія складае 460 кДж/моль, што з'яўляецца адносна высокім. Для разрыву сувязі Si-O падчас рэакцыі патрабуецца большая энергія, таму рэакцыя адбываецца адносна цяжка, а хуткасць рэакцыі павольная.

Розныя механізмы рэакцыі

▪ Крэмній уступае ў рэакцыю з гідраксідам натрыю: крэмній уступае ў рэакцыю з гідраксідам натрыю спачатку шляхам рэакцыі з вадой з утварэннем вадароду і крэмніевай кіслаты, затым крэмній уступае ў рэакцыю з гідраксідам натрыю з утварэннем сіліката натрыю і вады. Падчас гэтай рэакцыі рэакцыя паміж крэмніем і вадой вылучае цяпло, якое можа спрыяць малекулярнаму руху, тым самым ствараючы лепшае кінэтычнае асяроддзе для рэакцыі і паскараючы хуткасць рэакцыі.

▪ Дыяксід крэмнію рэагуе з гідраксідам натрыю: дыяксід крэмнію рэагуе з гідраксідам натрыю спачатку шляхам рэакцыі з вадой, утвараючы крэмніевую кіслату, затым крэмніевая кіслата рэагуе з гідраксідам натрыю, утвараючы сілікат натрыю. Рэакцыя паміж дыяксідам крэмнію і вадой вельмі павольная, і працэс рэакцыі ў асноўным не вылучае цяпла. З кінэтычнай пункту гледжання гэта не спрыяе хуткай рэакцыі.

Розныя матэрыяльныя структуры

▪ Крамянёвая структура:Крэмніймае пэўную крышталічную структуру, і існуюць пэўныя прабелы і адносна слабыя ўзаемадзеяння паміж атамамі, што палягчае кантакт раствора гідраксіду натрыю і рэакцыю з атамамі крэмнію.

▪ Структуракрэмнійдыяксід:крэмнійдыяксід мае ўстойлівую прасторавую сеткаватую структуру.Крэмнійатамы і атамы кіслароду цесна звязаны кавалентнымі сувязямі, утвараючы цвёрдую і стабільную крышталічную структуру. Раствору гідраксіду натрыю цяжка пранікнуць унутр і цалкам звязацца з атамамі крэмнію, што абцяжарвае хуткую рэакцыю. Толькі атамы крэмнія на паверхні часціц дыяксіду крэмнія могуць рэагаваць з гідраксідам натрыю, абмяжоўваючы хуткасць рэакцыі.

Уплыў умоў

▪ Рэакцыя крэмнію з гідраксідам натрыю: ва ўмовах награвання хуткасць рэакцыі крэмнію з растворам гідраксіду натрыю будзе значна паскораная, і рэакцыя ў цэлым можа працякаць гладка пры высокіх тэмпературах.

▪ Рэакцыя дыяксіду крэмнію з гідраксідам натрыю: рэакцыя дыяксіду крэмнія з растворам гідраксіду натрыю адбываецца вельмі павольна пры пакаёвай тэмпературы. Звычайна хуткасць рэакцыі будзе павышана ў цяжкіх умовах, такіх як высокая тэмпература і канцэнтраваны раствор гідраксіду натрыю.