SiとNaOHの反応速度がSiO2より速いのはなぜですか?

なぜ反応率が高いのかシリコン水酸化ナトリウムは二酸化ケイ素を超える可能性があることは、次の側面から分析できます。

化学結合エネルギーの違い

▪ シリコンと水酸化ナトリウムの反応: シリコンが水酸化ナトリウムと反応する場合、シリコン原子間の Si-Si 結合エネルギーはわずか 176kJ/mol です。 Si-Si 結合は反応中に切断されますが、これは比較的簡単に切断されます。反応速度論の観点からは、反応はより容易に進行します。

▪ 二酸化ケイ素と水酸化ナトリウムの反応: 二酸化ケイ素中のケイ素原子と酸素原子間の Si-O 結合エネルギーは 460kJ/mol で、比較的高くなります。反応中にSi-O結合を切断するにはより高いエネルギーが必要となるため、反応は比較的起こりにくく、反応速度も遅くなります。

さまざまな反応メカニズム

▪ シリコンは水酸化ナトリウムと反応します。シリコンは、まず水と反応して水酸化ナトリウムと反応して水素とケイ酸を生成し、次にケイ酸が水酸化ナトリウムと反応してケイ酸ナトリウムと水を生成します。この反応中、シリコンと水の反応により熱が放出され、分子運動が促進され、それによって反応のためのより良い運動環境が生み出され、反応速度が加速されます。

▪ 二酸化ケイ素は水酸化ナトリウムと反応します。二酸化ケイ素は、まず水と反応してケイ酸を生成することにより水酸化ナトリウムと反応し、次にケイ酸は水酸化ナトリウムと反応してケイ酸ナトリウムを生成します。二酸化ケイ素と水の反応は極めて遅く、反応過程では基本的に熱を放出しません。速度論的な観点からは、迅速な反応には適していません。

異なる材料構造

▪ シリコン構造:シリコンは特定の結晶構造を持ち、原子間に特定のギャップと比較的弱い相互作用があり、水酸化ナトリウム溶液がシリコン原子と接触して反応しやすくなります。

▪ の構造シリコン二酸化物:シリコン二酸化炭素は安定した空間ネットワーク構造を持っています。シリコン原子と酸素原子は共有結合によってしっかりと結合し、硬くて安定した結晶構造を形成します。水酸化ナトリウム溶液は内部まで浸透しにくく、シリコン原子と完全に接触するため、迅速な反応が困難です。二酸化ケイ素粒子の表面のケイ素原子のみが水酸化ナトリウムと反応できるため、反応速度が制限されます。