چرا سرعت واکنش Si و NaOH سریعتر از SiO2 است؟

چرا سرعت واکنشسیلیکونو هیدروکسید سدیم می تواند از دی اکسید سیلیکون پیشی بگیرد از جنبه های زیر قابل تجزیه و تحلیل است:

تفاوت در انرژی پیوند شیمیایی

▪ واکنش سیلیکون و هیدروکسید سدیم: وقتی سیلیکون با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد، انرژی پیوند Si-Si بین اتم های سیلیکون تنها 176 کیلوژول بر مول است. پیوند Si-Si در طی واکنش شکسته می شود که شکستن آن نسبتاً آسان تر است. از نقطه نظر جنبشی، واکنش آسان تر است.

▪ واکنش دی اکسید سیلیکون و هیدروکسید سدیم: انرژی پیوند Si-O بین اتم های سیلیکون و اتم های اکسیژن در دی اکسید سیلیکون 460 کیلوژول بر مول است که نسبتاً زیاد است. برای شکستن پیوند Si-O در طول واکنش انرژی بیشتری لازم است، بنابراین واکنش نسبتاً دشوار است و سرعت واکنش کند است.

مکانیسم های مختلف واکنش

▪ سیلیکون با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد: سیلیکون با هیدروکسید سدیم ابتدا با آب واکنش می دهد و هیدروژن و اسید سیلیسیک تولید می کند، سپس اسید سیلیسیک با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد و سیلیکات سدیم و آب تولید می کند. در طی این واکنش، واکنش بین سیلیکون و آب گرما آزاد می‌کند که می‌تواند حرکت مولکولی را تقویت کند، در نتیجه محیط جنبشی بهتری برای واکنش ایجاد می‌کند و سرعت واکنش را تسریع می‌کند.

▪ دی اکسید سیلیکون با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد: دی اکسید سیلیکون ابتدا با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد و با آب واکنش می دهد و اسید سیلیسیک تولید می کند، سپس اسید سیلیسیک با هیدروکسید سدیم واکنش می دهد و سیلیکات سدیم تولید می کند. واکنش بین دی اکسید سیلیکون و آب بسیار کند است و فرآیند واکنش اساسا گرما را آزاد نمی کند. از نقطه نظر جنبشی، برای یک واکنش سریع مساعد نیست.

ساختارهای مواد مختلف

▪ ساختار سیلیکونی:سیلیکونساختار کریستالی مشخصی دارد و شکاف‌های مشخص و برهمکنش‌های نسبتاً ضعیفی بین اتم‌ها وجود دارد که تماس و واکنش محلول هیدروکسید سدیم با اتم‌های سیلیکون را آسان‌تر می‌کند.

▪ ساختارسیلیکوندی اکسید:سیلیکوندی اکسید یک ساختار شبکه فضایی پایدار دارد.سیلیکوناتم‌ها و اتم‌های اکسیژن با پیوندهای کووالانسی به هم متصل می‌شوند تا ساختار بلوری سخت و پایداری را تشکیل دهند. نفوذ محلول هیدروکسید سدیم به داخل آن و تماس کامل با اتم های سیلیکون دشوار است و در نتیجه واکنش سریع را با مشکل مواجه می کند. فقط اتم های سیلیکون روی سطح ذرات دی اکسید سیلیکون می توانند با هیدروکسید سدیم واکنش دهند و سرعت واکنش را محدود کنند.

تأثیر شرایط

▪ واکنش سیلیکون با هیدروکسید سدیم: در شرایط حرارت دهی، سرعت واکنش سیلیکون با محلول هیدروکسید سدیم به طور قابل توجهی تسریع خواهد شد و واکنش به طور کلی می تواند در دماهای بالا به آرامی ادامه یابد.

▪ واکنش دی اکسید سیلیکون با هیدروکسید سدیم: واکنش دی اکسید سیلیسیم با محلول هیدروکسید سدیم در دمای اتاق بسیار کند است. معمولاً سرعت واکنش در شرایط سخت مانند دمای بالا و محلول هیدروکسید سدیم غلیظ بهبود می یابد.