Dlaczego szybkość reakcji Si i NaOH jest większa niż SiO2?

Dlaczego szybkość reakcjikrzemi wodorotlenek sodu mogą przewyższać dwutlenek krzemu, można analizować pod następującymi względami:

Różnica energii wiązań chemicznych

▪ Reakcja krzemu i wodorotlenku sodu: Kiedy krzem reaguje z wodorotlenkiem sodu, energia wiązania Si-Si pomiędzy atomami krzemu wynosi tylko 176 kJ/mol. Wiązanie Si-Si pęka podczas reakcji, którą stosunkowo łatwiej jest zerwać. Z kinetycznego punktu widzenia reakcja jest łatwiejsza do przeprowadzenia.

▪ Reakcja dwutlenku krzemu i wodorotlenku sodu: Energia wiązania Si-O pomiędzy atomami krzemu i atomami tlenu w dwutlenku krzemu wynosi 460 kJ/mol, co jest stosunkowo wysoką wartością. Rozerwanie wiązania Si-O podczas reakcji wymaga większej energii, więc reakcja jest stosunkowo trudna do zajścia, a szybkość reakcji jest mała.

Różne mechanizmy reakcji

▪ Krzem reaguje z wodorotlenkiem sodu: Krzem reaguje z wodorotlenkiem sodu najpierw reagując z wodą, tworząc wodór i kwas krzemowy, następnie kwas krzemowy reaguje z wodorotlenkiem sodu, tworząc krzemian sodu i wodę. Podczas tej reakcji reakcja pomiędzy krzemem i wodą uwalnia ciepło, które może promować ruch molekularny, tworząc w ten sposób lepsze środowisko kinetyczne dla reakcji i przyspieszając szybkość reakcji.

▪ Dwutlenek krzemu reaguje z wodorotlenkiem sodu: Dwutlenek krzemu reaguje z wodorotlenkiem sodu, najpierw reagując z wodą, tworząc kwas krzemowy, następnie kwas krzemowy reaguje z wodorotlenkiem sodu, tworząc krzemian sodu. Reakcja pomiędzy dwutlenkiem krzemu i wodą jest niezwykle powolna, a proces reakcji zasadniczo nie powoduje wydzielania się ciepła. Z kinetycznego punktu widzenia nie sprzyja to szybkiej reakcji.

Różne struktury materiałowe

▪ Struktura krzemu:Krzemma określoną strukturę krystaliczną, istnieją pewne luki i stosunkowo słabe interakcje między atomami, co ułatwia kontakt roztworu wodorotlenku sodu i reakcję z atomami krzemu.

▪ Strukturakrzemdwutlenek:krzemdwutlenek ma stabilną przestrzenną strukturę sieciową.Krzematomy i atomy tlenu są ściśle powiązane wiązaniami kowalencyjnymi, tworząc twardą i stabilną strukturę krystaliczną. Roztworowi wodorotlenku sodu trudno jest wniknąć do jego wnętrza i całkowicie zetknąć się z atomami krzemu, co powoduje trudności w szybkiej reakcji. Tylko atomy krzemu na powierzchni cząstek dwutlenku krzemu mogą reagować z wodorotlenkiem sodu, ograniczając szybkość reakcji.

Wpływ warunków

▪ Reakcja krzemu z wodorotlenkiem sodu: W warunkach ogrzewania szybkość reakcji krzemu z roztworem wodorotlenku sodu zostanie znacznie przyspieszona i reakcja może ogólnie przebiegać sprawnie w wysokich temperaturach.

▪ Reakcja dwutlenku krzemu z wodorotlenkiem sodu: Reakcja dwutlenku krzemu z roztworem wodorotlenku sodu jest bardzo powolna w temperaturze pokojowej. Zwykle szybkość reakcji poprawia się w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura i stężony roztwór wodorotlenku sodu.