מדוע קצב התגובה של Si ו- NaOH מהיר יותר מ- SiO2?

למה קצב התגובה שלסִילִיקוֹןונתרן הידרוקסיד יכול לעלות על זה של דו תחמוצת הסיליקון ניתן לנתח מההיבטים הבאים:

הבדל באנרגיית הקשר הכימי

▪ תגובה של סיליקון ונתרן הידרוקסיד: כאשר סיליקון מגיב עם נתרן הידרוקסיד, אנרגיית הקשר Si-Si בין אטומי הסיליקון היא רק 176kJ/mol. הקשר Si-Si נשבר במהלך התגובה, שקל יחסית לשבור. מנקודת מבט קינטית, התגובה קלה יותר להמשך.

▪ תגובה של דו תחמוצת הסיליקון ונתרן הידרוקסיד: אנרגיית הקשר Si-O בין אטומי סיליקון ואטומי חמצן בסיליקון דו חמצני היא 460 קילו ג'ל/מול, שהוא גבוה יחסית. נדרשת אנרגיה גבוהה יותר כדי לשבור את הקשר Si-O במהלך התגובה, כך שהתגובה קשה יחסית להתרחש וקצב התגובה איטי.

מנגנוני תגובה שונים

▪ סיליקון מגיב עם נתרן הידרוקסיד: הסיליקון מגיב עם נתרן הידרוקסיד תחילה על ידי תגובה עם מים ליצירת מימן וחומצה סיליקית, לאחר מכן חומצה סיליקית מגיבה עם נתרן הידרוקסיד ליצירת נתרן סיליקט ומים. במהלך תגובה זו, התגובה בין סיליקון למים משחררת חום, שיכול לקדם תנועה מולקולרית, ובכך ליצור סביבה קינטית טובה יותר לתגובה ולהאיץ את קצב התגובה.

▪ דו תחמוצת הסיליקון מגיב עם נתרן הידרוקסיד: דו תחמוצת הסיליקון מגיב עם נתרן הידרוקסיד תחילה על ידי תגובה עם מים ליצירת חומצה סיליקית, לאחר מכן חומצה סיליקית מגיבה עם נתרן הידרוקסיד ליצירת סודיום סיליקט. התגובה בין דו תחמוצת הסיליקון למים היא איטית ביותר, ותהליך התגובה בעצם לא משחרר חום. מנקודת מבט קינטית, זה לא תורם לתגובה מהירה.

מבנים חומריים שונים

מבנה סיליקון:סִילִיקוֹןיש מבנה גבישי מסוים, ויש פערים מסוימים ואינטראקציות חלשות יחסית בין אטומים, מה שמקל על תמיסת נתרן הידרוקסיד ליצור קשר ולהגיב עם אטומי סיליקון.

▪ מבנה שלסִילִיקוֹןדוּ תַחמוֹצֶת:סִילִיקוֹןלדו-חמצני מבנה רשת מרחבי יציב.סִילִיקוֹןאטומים ואטומי חמצן קשורים בחוזקה בקשרים קוולנטיים ליצירת מבנה גבישי קשיח ויציב. קשה לתמיסת נתרן הידרוקסיד לחדור לתוך הפנים שלה וליצור קשר מלא עם אטומי סיליקון, וכתוצאה מכך קושי בתגובה מהירה. רק אטומי סיליקון על פני השטח של חלקיקי סיליקון דו חמצני יכולים להגיב עם נתרן הידרוקסיד, להגביל את קצב התגובה.

השפעת התנאים

▪ תגובה של סיליקון עם נתרן הידרוקסיד: בתנאי חימום, קצב התגובה של סיליקון עם תמיסת נתרן הידרוקסיד יואץ משמעותית, והתגובה יכולה בדרך כלל להתנהל בצורה חלקה בטמפרטורות גבוהות.

▪ תגובה של סיליקון דו חמצני עם נתרן הידרוקסיד: התגובה של דו תחמוצת הסיליקון עם תמיסת נתרן הידרוקסיד איטית מאוד בטמפרטורת החדר. בדרך כלל, קצב התגובה ישתפר בתנאים קשים כמו טמפרטורה גבוהה ותמיסת נתרן הידרוקסיד מרוכזת.