Miks on Si ja NaOH reaktsioonikiirus kiirem kui SiO2?

Miks reaktsioonikiirusränija naatriumhüdroksiidi võib ületada ränidioksiidi, saab analüüsida järgmistest aspektidest:

Keemilise sideme energia erinevus

▪ Räni ja naatriumhüdroksiidi reaktsioon: Kui räni reageerib naatriumhüdroksiidiga, on räni aatomite vahelise Si-Si sideme energia ainult 176 kJ/mol. Si-Si side katkeb reaktsiooni käigus, mida on suhteliselt kergem murda. Kineetilisest vaatenurgast on reaktsioon lihtsam edasi kulgeda.

▪ Ränidioksiidi ja naatriumhüdroksiidi reaktsioon: Si-O sideme energia räni aatomite ja hapnikuaatomite vahel ränidioksiidis on 460 kJ/mol, mis on suhteliselt kõrge. Reaktsiooni käigus Si-O sideme lõhkumiseks kulub rohkem energiat, mistõttu on reaktsiooni toimumine suhteliselt raske ja reaktsioonikiirus aeglane.

Erinevad reaktsioonimehhanismid

▪ Räni reageerib naatriumhüdroksiidiga: räni reageerib naatriumhüdroksiidiga, reageerides esmalt veega, tekitades vesinikku ja ränihapet, seejärel reageerib ränihape naatriumhüdroksiidiga, tekitades naatriumsilikaati ja vett. Selle reaktsiooni käigus eraldub räni ja vee vaheline reaktsioon soojust, mis võib soodustada molekulide liikumist, luues seeläbi reaktsioonile parema kineetilise keskkonna ja kiirendades reaktsiooni kiirust.

▪ Ränidioksiid reageerib naatriumhüdroksiidiga: ränidioksiid reageerib naatriumhüdroksiidiga, reageerides esmalt veega, moodustades ränihappe, seejärel reageerib ränihape naatriumhüdroksiidiga, moodustades naatriumsilikaati. Ränidioksiidi ja vee reaktsioon on äärmiselt aeglane ning reaktsiooniprotsess põhimõtteliselt ei eralda soojust. Kineetilisest vaatenurgast ei soodusta see kiiret reaktsiooni.

Erinevad materjalistruktuurid

▪ Ränistruktuur:Ränisellel on teatud kristallstruktuur ning aatomite vahel on teatud lüngad ja suhteliselt nõrgad vastasmõjud, mistõttu on naatriumhüdroksiidi lahusel lihtsam räni aatomitega kokku puutuda ja nendega reageerida.

▪ Struktuurränidioksiid:ränidioksiidil on stabiilne ruumiline võrgustruktuur.Räniaatomid ja hapnikuaatomid on tihedalt seotud kovalentsete sidemetega, moodustades kõva ja stabiilse kristallstruktuuri. Naatriumhüdroksiidi lahusel on raske selle sisemusse tungida ja räni aatomitega täielikult kokku puutuda, mistõttu on raske reageerida. Naatriumhüdroksiidiga võivad reageerida ainult räni aatomid ränidioksiidi osakeste pinnal, piirates reaktsioonikiirust.

Tingimuste mõju

▪ Räni reaktsioon naatriumhüdroksiidiga: Kuumutamise tingimustes kiireneb räni reaktsioonikiirus naatriumhüdroksiidi lahusega oluliselt ning reaktsioon võib üldiselt kulgeda sujuvalt kõrgel temperatuuril.

▪ Ränidioksiidi reaktsioon naatriumhüdroksiidiga: Ränidioksiidi reaktsioon naatriumhüdroksiidi lahusega on toatemperatuuril väga aeglane. Tavaliselt paraneb reaktsiooni kiirus karmides tingimustes, nagu kõrge temperatuur ja kontsentreeritud naatriumhüdroksiidi lahus.