Waarom de reactiesnelheid vansiliciumen natriumhydroxide kan dat van siliciumdioxide overtreffen, kan worden geanalyseerd op basis van de volgende aspecten:
Verschil in chemische bindingsenergie
▪ Reactie van silicium en natriumhydroxide: Wanneer silicium reageert met natriumhydroxide, bedraagt de Si-Si-bindingsenergie tussen siliciumatomen slechts 176 kJ/mol. Tijdens de reactie breekt de Si-Si-binding, wat relatief gemakkelijker te verbreken is. Vanuit kinetisch oogpunt is de reactie gemakkelijker te verlopen.
▪ Reactie van siliciumdioxide en natriumhydroxide: De Si-O-bindingsenergie tussen siliciumatomen en zuurstofatomen in siliciumdioxide is 460 kJ/mol, wat relatief hoog is. Er is meer energie nodig om de Si-O-binding tijdens de reactie te verbreken, dus de reactie is relatief moeilijk uit te voeren en de reactiesnelheid is laag.
Verschillende reactiemechanismen
▪ Silicium reageert met natriumhydroxide: Silicium reageert eerst met natriumhydroxide door te reageren met water om waterstof en kiezelzuur te genereren. Vervolgens reageert kiezelzuur met natriumhydroxide om natriumsilicaat en water te genereren. Tijdens deze reactie komt bij de reactie tussen silicium en water warmte vrij, die de moleculaire beweging kan bevorderen, waardoor een betere kinetische omgeving voor de reactie ontstaat en de reactiesnelheid wordt versneld.
▪ Siliciumdioxide reageert met natriumhydroxide: Siliciumdioxide reageert eerst met natriumhydroxide door te reageren met water om kiezelzuur te genereren. Vervolgens reageert kiezelzuur met natriumhydroxide om natriumsilicaat te genereren. De reactie tussen siliciumdioxide en water is extreem langzaam en bij het reactieproces komt in principe geen warmte vrij. Vanuit kinetisch oogpunt is dit niet bevorderlijk voor een snelle reactie.
Verschillende materiaalstructuren
▪ Siliciumstructuur:Siliciumheeft een bepaalde kristalstructuur, en er zijn bepaalde gaten en relatief zwakke interacties tussen atomen, waardoor het voor natriumhydroxide-oplossing gemakkelijker wordt om in contact te komen en te reageren met siliciumatomen.
▪ Structuur vansiliciumdioxide:siliciumdioxide heeft een stabiele ruimtelijke netwerkstructuur.Siliciumatomen en zuurstofatomen zijn stevig gebonden door covalente bindingen om een harde en stabiele kristalstructuur te vormen. Het is moeilijk voor een natriumhydroxideoplossing om in het inwendige ervan door te dringen en volledig in contact te komen met de siliciumatomen, wat resulteert in problemen bij een snelle reactie. Alleen siliciumatomen op het oppervlak van siliciumdioxidedeeltjes kunnen reageren met natriumhydroxide, waardoor de reactiesnelheid wordt beperkt.
Effect van omstandigheden
▪ Reactie van silicium met natriumhydroxide: Onder verwarmingsomstandigheden zal de reactiesnelheid van silicium met natriumhydroxide-oplossing aanzienlijk worden versneld, en de reactie kan over het algemeen soepel verlopen bij hoge temperaturen.
▪ Reactie van siliciumdioxide met natriumhydroxide: De reactie van siliciumdioxide met natriumhydroxide-oplossing verloopt erg langzaam bij kamertemperatuur. Gewoonlijk zal de reactiesnelheid worden verbeterd onder zware omstandigheden, zoals hoge temperaturen en een geconcentreerde natriumhydroxideoplossing.
Posttijd: 10 december 2024