Miksi Si:n ja NaOH:n reaktionopeus on nopeampi kuin SiO2?

Miksi reaktionopeuspiitäja natriumhydroksidi voi ylittää piidioksidin, voidaan analysoida seuraavista näkökohdista:

Ero kemiallisen sidoksen energiassa

▪ Piin ja natriumhydroksidin reaktio: Kun pii reagoi natriumhydroksidin kanssa, Si-Si-sidosenergia piiatomien välillä on vain 176 kJ/mol. Si-Si-sidos katkeaa reaktion aikana, mikä on suhteellisen helpompi katkaista. Kineettisestä näkökulmasta reaktio on helpompi edetä.

▪ Piidioksidin ja natriumhydroksidin reaktio: Si-O-sidosenergia piiatomien ja happiatomien välillä piidioksidissa on 460 kJ/mol, mikä on suhteellisen korkea. Si-O-sidoksen katkaiseminen reaktion aikana vaatii suurempaa energiaa, joten reaktio on suhteellisen vaikea tapahtua ja reaktionopeus on hidas.

Erilaiset reaktiomekanismit

▪ Pii reagoi natriumhydroksidin kanssa: Pii reagoi natriumhydroksidin kanssa ensin veden kanssa muodostaen vetyä ja piihappoa, sitten piihappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen natriumsilikaattia ja vettä. Tämän reaktion aikana piin ja veden välinen reaktio vapauttaa lämpöä, joka voi edistää molekyylien liikettä, luoden siten paremman kineettisen ympäristön reaktiolle ja kiihdyttäen reaktionopeutta.

▪ Piidioksidi reagoi natriumhydroksidin kanssa: Piidioksidi reagoi natriumhydroksidin kanssa ensin veden kanssa, jolloin muodostuu piihappoa, sitten piihappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen natriumsilikaattia. Piidioksidin ja veden välinen reaktio on erittäin hidasta, eikä reaktioprosessi periaatteessa vapauta lämpöä. Kineettisestä näkökulmasta se ei edistä nopeaa reaktiota.

Erilaiset materiaalirakenteet

▪ Piirakenne:Piisillä on tietty kiderakenne, ja atomien välillä on tiettyjä aukkoja ja suhteellisen heikkoja vuorovaikutuksia, mikä helpottaa natriumhydroksidiliuoksen kosketusta ja reagoimista piiatomien kanssa.

▪ Rakennepiitädioksidi:piitädioksidilla on vakaa spatiaalinen verkkorakenne.Piiatomit ja happiatomit sitoutuvat tiukasti kovalenttisilla sidoksilla muodostaen kovan ja vakaan kiderakenteen. Natriumhydroksidiliuoksen on vaikea tunkeutua sen sisäpuolelle ja olla täysin kosketuksissa piiatomeihin, mikä johtaa vaikeuksiin nopeassa reaktiossa. Vain piidioksidihiukkasten pinnalla olevat piiatomit voivat reagoida natriumhydroksidin kanssa, mikä rajoittaa reaktionopeutta.

Ehtojen vaikutus

▪ Piin reaktio natriumhydroksidin kanssa: Kuumennusolosuhteissa piin reaktionopeus natriumhydroksidiliuoksen kanssa kiihtyy merkittävästi ja reaktio voi yleensä edetä tasaisesti korkeissa lämpötiloissa.

▪ Piidioksidin reaktio natriumhydroksidin kanssa: Piidioksidin reaktio natriumhydroksidiliuoksen kanssa on hyvin hidasta huoneenlämpötilassa. Yleensä reaktionopeus paranee ankarissa olosuhteissa, kuten korkeassa lämpötilassa ja väkevässä natriumhydroksidiliuoksessa.