Hvorfor er reaksjonshastigheten til Si og NaOH raskere enn SiO2?

Hvorfor reaksjonshastigheten påsilisiumog natriumhydroksid kan overgå det for silisiumdioksid kan analyseres fra følgende aspekter:

Forskjell i kjemisk bindingsenergi

▪ Reaksjon av silisium og natriumhydroksid: Når silisium reagerer med natriumhydroksid, er Si-Si-bindingsenergien mellom silisiumatomer bare 176 kJ/mol. Si-Si-bindingen brytes under reaksjonen, noe som er relativt lettere å bryte. Fra et kinetisk synspunkt er reaksjonen lettere å fortsette.

▪ Reaksjon av silisiumdioksid og natriumhydroksid: Si-O-bindingsenergien mellom silisiumatomer og oksygenatomer i silisiumdioksid er 460 kJ/mol, som er relativt høy. Det krever høyere energi å bryte Si-O-bindingen under reaksjonen, så reaksjonen er relativt vanskelig å finne og reaksjonshastigheten er langsom.

Ulike reaksjonsmekanismer

▪ Silisium reagerer med natriumhydroksid: Silisium reagerer med natriumhydroksid først ved å reagere med vann for å generere hydrogen og kiselsyre, deretter reagerer kiselsyre med natriumhydroksid for å generere natriumsilikat og vann. Under denne reaksjonen frigjør reaksjonen mellom silisium og vann varme, som kan fremme molekylær bevegelse, og dermed skape et bedre kinetisk miljø for reaksjonen og akselerere reaksjonshastigheten.

▪ Silisiumdioksid reagerer med natriumhydroksid: Silisiumdioksid reagerer med natriumhydroksid først ved å reagere med vann for å generere kiselsyre, deretter reagerer kiselsyre med natriumhydroksid for å generere natriumsilikat. Reaksjonen mellom silisiumdioksid og vann er ekstremt langsom, og reaksjonsprosessen frigjør i utgangspunktet ikke varme. Fra et kinetisk synspunkt bidrar det ikke til en rask reaksjon.

Ulike materialstrukturer

▪ Silisiumstruktur:Silisiumhar en viss krystallstruktur, og det er visse hull og relativt svake interaksjoner mellom atomer, noe som gjør det lettere for natriumhydroksidløsningen å komme i kontakt med og reagere med silisiumatomer.

▪ Struktur avsilisiumdioksid:silisiumdioksid har en stabil romlig nettverksstruktur.Silisiumatomer og oksygenatomer er tett bundet av kovalente bindinger for å danne en hard og stabil krystallstruktur. Det er vanskelig for natriumhydroksidløsningen å trenge inn i dens indre og komme i full kontakt med silisiumatomer, noe som resulterer i vanskeligheter med rask reaksjon. Bare silisiumatomer på overflaten av silisiumdioksidpartikler kan reagere med natriumhydroksid, noe som begrenser reaksjonshastigheten.

Virkning av forhold

▪ Reaksjon av silisium med natriumhydroksid: Under oppvarmingsforhold vil reaksjonshastigheten til silisium med natriumhydroksidløsning bli betydelig akselerert, og reaksjonen kan generelt forløpe jevnt ved høye temperaturer.

▪ Reaksjon av silisiumdioksid med natriumhydroksid: Reaksjonen av silisiumdioksid med natriumhydroksidløsning er svært langsom ved romtemperatur. Vanligvis vil reaksjonshastigheten bli forbedret under tøffe forhold som høy temperatur og konsentrert natriumhydroksidløsning.