რატომ არის Si და NaOH-ის რეაქციის სიჩქარე SiO2-ზე უფრო სწრაფი?

რატომ არის რეაქციის სიჩქარესილიკონიდა ნატრიუმის ჰიდროქსიდი შეიძლება აღემატებოდეს სილიციუმის დიოქსიდს, შეიძლება გაანალიზდეს შემდეგი ასპექტებიდან:

განსხვავება ქიმიური კავშირის ენერგიაში

▪ სილიციუმის და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის რეაქცია: როდესაც სილიციუმი რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან, სილიციუმის ატომებს შორის Si-Si ბმის ენერგია არის მხოლოდ 176 კჯ/მოლი. Si-Si ბმული იშლება რეაქციის დროს, რაც შედარებით ადვილია. კინეტიკური თვალსაზრისით, რეაქცია უფრო ადვილია.

▪ სილიციუმის დიოქსიდის და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის რეაქცია: Si-O ბმის ენერგია სილიციუმის ატომებსა და ჟანგბადის ატომებს შორის სილიციუმის დიოქსიდში არის 460 კჯ/მოლი, რაც შედარებით მაღალია. რეაქციის დროს Si-O ბმის გაწყვეტას უფრო მეტი ენერგია სჭირდება, ამიტომ რეაქცია შედარებით რთულია და რეაქციის სიჩქარე ნელია.

სხვადასხვა რეაქციის მექანიზმები

▪ სილიციუმი რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან: სილიციუმი რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ჯერ წყალთან ურთიერთქმედებით წყალბადისა და სილიციუმის მჟავის წარმოქმნით, შემდეგ კი სილიციუმის მჟავა რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან და წარმოქმნის ნატრიუმის სილიკატს და წყალს. ამ რეაქციის დროს სილიციუმსა და წყალს შორის რეაქცია ათავისუფლებს სითბოს, რამაც შეიძლება ხელი შეუწყოს მოლეკულურ მოძრაობას, რითაც შექმნის უკეთესი კინეტიკური გარემო რეაქციისთვის და აჩქარებს რეაქციის სიჩქარეს.

▪ სილიციუმის დიოქსიდი რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან: სილიციუმის დიოქსიდი რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ჯერ წყალთან ურთიერთქმედებით სილიციუმის მჟავის წარმოქმნით, შემდეგ კი სილიციუმის მჟავა რეაგირებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან ნატრიუმის სილიკატის წარმოქმნით. რეაქცია სილიციუმის დიოქსიდსა და წყალს შორის ძალიან ნელია და რეაქციის პროცესი ძირითადად არ ათავისუფლებს სითბოს. კინეტიკური თვალსაზრისით, ის არ უწყობს ხელს სწრაფ რეაქციას.

სხვადასხვა მატერიალური სტრუქტურები

▪ სილიკონის სტრუქტურა:სილიკონიაქვს გარკვეული კრისტალური სტრუქტურა და არის გარკვეული ხარვეზები და შედარებით სუსტი ურთიერთქმედება ატომებს შორის, რაც აადვილებს ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარს კონტაქტს და რეაქციას სილიციუმის ატომებთან.

▪ სტრუქტურასილიკონიდიოქსიდი:სილიკონიდიოქსიდს აქვს სტაბილური სივრცითი ქსელის სტრუქტურა.სილიკონიატომები და ჟანგბადის ატომები მჭიდროდ არის დაკავშირებული კოვალენტური ბმებით, რათა შექმნან მყარი და სტაბილური კრისტალური სტრუქტურა. ძნელია ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნარის შეღწევა მის შიგნიდან და სრულად შეხება სილიციუმის ატომებთან, რაც იწვევს სწრაფ რეაქციას. მხოლოდ სილიციუმის ატომებს სილიციუმის დიოქსიდის ნაწილაკების ზედაპირზე შეუძლიათ რეაქცია ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან, რაც ზღუდავს რეაქციის სიჩქარეს.

პირობების ეფექტი

▪ სილიციუმის რეაქცია ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან: გათბობის პირობებში სილიციუმის რეაქციის სიჩქარე ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნართან საგრძნობლად დაჩქარდება და რეაქცია ზოგადად შეიძლება შეუფერხებლად გაგრძელდეს მაღალ ტემპერატურაზე.

▪ სილიციუმის დიოქსიდის რეაქცია ნატრიუმის ჰიდროქსიდთან: სილიციუმის დიოქსიდის რეაქცია ნატრიუმის ჰიდროქსიდის ხსნართან ძალიან ნელია ოთახის ტემპერატურაზე. ჩვეულებრივ, რეაქციის სიჩქარე გაუმჯობესდება მძიმე პირობებში, როგორიცაა მაღალი ტემპერატურა და ნატრიუმის ჰიდროქსიდის კონცენტრირებული ხსნარი.