Hvers vegna er hvarfhraði Si og NaOH hraðari en SiO2?

Hvers vegna viðbragðshraði afsílikonog natríumhýdroxíð getur farið fram úr kísildíoxíði er hægt að greina út frá eftirfarandi þáttum:

Munur á orku efnatengja

▪ Hvarf kísils og natríumhýdroxíðs: Þegar kísill hvarfast við natríumhýdroxíð er Si-Si tengiorkan milli kísilatóma aðeins 176kJ/mól. Si-Si tengið rofnar við hvarfið, sem er tiltölulega auðveldara að rjúfa. Frá hreyfifræðilegu sjónarmiði er auðveldara að halda viðbrögðunum áfram.

▪ Hvarf kísildíoxíðs og natríumhýdroxíðs: Si-O tengiorkan milli kísilatóma og súrefnisatóma í kísildíoxíði er 460kJ/mól, sem er tiltölulega hátt. Það þarf meiri orku til að rjúfa Si-O tengið meðan á efnahvarfinu stendur, þannig að efnahvarfið er tiltölulega erfitt að eiga sér stað og hvarfhraði er hægur.

Mismunandi viðbragðsaðferðir

▪ Kísill hvarfast við natríumhýdroxíð: Kísill hvarfast fyrst við natríumhýdroxíð með því að hvarfast við vatn til að mynda vetni og kísilsýru, síðan hvarfast kísilsýra við natríumhýdroxíð til að mynda natríumsílíkat og vatn. Við þetta hvarf losar viðbrögðin milli kísils og vatns hita, sem getur stuðlað að sameindahreyfingu og þar með búið til betra hreyfiumhverfi fyrir hvarfið og hraðað hvarfhraðanum.

▪ Kísildíoxíð hvarfast við natríumhýdroxíð: Kísildíoxíð hvarfast fyrst við natríumhýdroxíð með því að hvarfast við vatn til að mynda kísilsýru, síðan hvarfast kísilsýra við natríumhýdroxíð til að mynda natríumsílíkat. Viðbrögðin milli kísildíoxíðs og vatns eru mjög hæg og hvarfferlið losar í grundvallaratriðum ekki hita. Frá hreyfifræðilegu sjónarmiði er það ekki stuðlað að hröðum viðbrögðum.

Mismunandi efnisbyggingar

▪ Kísil uppbygging:Kísillhefur ákveðna kristalbyggingu og það eru ákveðnar eyður og tiltölulega veik víxlverkun milli atóma, sem auðveldar natríumhýdroxíðlausn að komast í snertingu við og hvarfast við kísilatóm.

▪ Uppbyggingsílikondíoxíð:sílikondíoxíð hefur stöðuga landnetsbyggingu.Kísillfrumeindir og súrefnisatóm eru þétt bundin með samgildum tengjum til að mynda harða og stöðuga kristalbyggingu. Það er erfitt fyrir natríumhýdroxíðlausn að komast inn í það og komast í fullan snertingu við kísilatóm, sem leiðir til erfiðleika við hröð viðbrögð. Aðeins kísilatóm á yfirborði kísildíoxíðagna geta hvarfast við natríumhýdroxíð, sem takmarkar hvarfhraða.

Áhrif aðstæðna

▪ Hvarf kísils við natríumhýdroxíðs: Við hitunaraðstæður mun hvarfhraði kísils við natríumhýdroxíðlausn hraðast verulega og hvarfið getur yfirleitt gengið vel við háan hita.

▪ Hvarf kísildíoxíðs við natríumhýdroxíð: Hvarf kísildíoxíðs við natríumhýdroxíðlausn er mjög hægt við stofuhita. Venjulega verður viðbragðshraðinn bætt við erfiðar aðstæður eins og háan hita og óblandaðri natríumhýdroxíðlausn.