Warum ist die Reaktionsgeschwindigkeit von Si und NaOH schneller als die von SiO2?

Warum die Reaktionsgeschwindigkeit vonSiliziumund Natriumhydroxid kann das von Siliziumdioxid übertreffen und kann unter folgenden Gesichtspunkten analysiert werden:

Unterschied in der chemischen Bindungsenergie

▪ Reaktion von Silizium und Natriumhydroxid: Wenn Silizium mit Natriumhydroxid reagiert, beträgt die Si-Si-Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen nur 176 kJ/mol. Die Si-Si-Bindung bricht während der Reaktion auf, was relativ einfacher zu brechen ist. Aus kinetischer Sicht verläuft die Reaktion einfacher.

▪ Reaktion von Siliziumdioxid und Natriumhydroxid: Die Si-O-Bindungsenergie zwischen Siliziumatomen und Sauerstoffatomen in Siliziumdioxid beträgt 460 kJ/mol, was relativ hoch ist. Während der Reaktion ist eine höhere Energie erforderlich, um die Si-O-Bindung aufzubrechen, sodass die Reaktion relativ schwierig abläuft und die Reaktionsgeschwindigkeit langsam ist.

Verschiedene Reaktionsmechanismen

▪ Silizium reagiert mit Natriumhydroxid: Silizium reagiert zunächst mit Natriumhydroxid, indem es mit Wasser reagiert, um Wasserstoff und Kieselsäure zu erzeugen, dann reagiert Kieselsäure mit Natriumhydroxid, um Natriumsilikat und Wasser zu erzeugen. Während dieser Reaktion wird durch die Reaktion zwischen Silizium und Wasser Wärme freigesetzt, die die molekulare Bewegung fördern und dadurch eine bessere kinetische Umgebung für die Reaktion schaffen und die Reaktionsgeschwindigkeit beschleunigen kann.

▪ Siliziumdioxid reagiert mit Natriumhydroxid: Siliziumdioxid reagiert mit Natriumhydroxid zunächst durch Reaktion mit Wasser unter Bildung von Kieselsäure, dann reagiert Kieselsäure mit Natriumhydroxid unter Bildung von Natriumsilikat. Die Reaktion zwischen Siliziumdioxid und Wasser ist äußerst langsam und der Reaktionsprozess setzt grundsätzlich keine Wärme frei. Aus kinetischer Sicht ist es einer schnellen Reaktion nicht förderlich.

Unterschiedliche Materialstrukturen

▪ Siliziumstruktur:Siliziumhat eine bestimmte Kristallstruktur und es gibt bestimmte Lücken und relativ schwache Wechselwirkungen zwischen Atomen, wodurch Natriumhydroxidlösung leichter mit Siliziumatomen in Kontakt kommen und mit ihnen reagieren kann.

▪ Struktur vonSiliziumDioxid:SiliziumKohlendioxid verfügt über eine stabile räumliche Netzwerkstruktur.SiliziumAtome und Sauerstoffatome sind durch kovalente Bindungen fest miteinander verbunden und bilden eine harte und stabile Kristallstruktur. Es ist für Natriumhydroxidlösung schwierig, in sein Inneres einzudringen und die Siliziumatome vollständig zu kontaktieren, was zu Schwierigkeiten bei der schnellen Reaktion führt. Nur Siliziumatome auf der Oberfläche von Siliziumdioxidpartikeln können mit Natriumhydroxid reagieren, was die Reaktionsgeschwindigkeit begrenzt.

Auswirkung von Bedingungen

▪ Reaktion von Silizium mit Natriumhydroxid: Unter Heizbedingungen wird die Reaktionsgeschwindigkeit von Silizium mit Natriumhydroxidlösung erheblich beschleunigt und die Reaktion kann bei hohen Temperaturen im Allgemeinen reibungslos ablaufen.

▪ Reaktion von Siliziumdioxid mit Natronlauge: Die Reaktion von Siliziumdioxid mit Natronlauge verläuft bei Raumtemperatur sehr langsam. Normalerweise wird die Reaktionsgeschwindigkeit unter harschen Bedingungen wie hoher Temperatur und konzentrierter Natriumhydroxidlösung verbessert.