Varför är reaktionshastigheten för Si och NaOH snabbare än SiO2?

Varför reaktionshastigheten påkiseloch natriumhydroxid kan överträffa den för kiseldioxid kan analyseras från följande aspekter:

Skillnad i kemisk bindningsenergi

▪ Reaktion av kisel och natriumhydroxid: När kisel reagerar med natriumhydroxid är Si-Si-bindningsenergin mellan kiselatomer endast 176 kJ/mol. Si-Si-bindningen bryts under reaktionen, vilket är relativt lättare att bryta. Ur en kinetisk synvinkel är reaktionen lättare att fortsätta.

▪ Reaktion av kiseldioxid och natriumhydroxid: Si-O-bindningsenergin mellan kiselatomer och syreatomer i kiseldioxid är 460 kJ/mol, vilket är relativt högt. Det krävs högre energi för att bryta Si-O-bindningen under reaktionen, så reaktionen är relativt svår att inträffa och reaktionshastigheten är långsam.

Olika reaktionsmekanismer

▪ Kisel reagerar med natriumhydroxid: Kisel reagerar med natriumhydroxid först genom att reagera med vatten för att generera väte och kiselsyra, sedan reagerar kiselsyra med natriumhydroxid för att generera natriumsilikat och vatten. Under denna reaktion frigör reaktionen mellan kisel och vatten värme, vilket kan främja molekylär rörelse, vilket skapar en bättre kinetisk miljö för reaktionen och accelererar reaktionshastigheten.

▪ Kiseldioxid reagerar med natriumhydroxid: Kiseldioxid reagerar med natriumhydroxid först genom att reagera med vatten för att generera kiselsyra, sedan reagerar kiselsyra med natriumhydroxid för att generera natriumsilikat. Reaktionen mellan kiseldioxid och vatten är extremt långsam, och reaktionsprocessen avger i princip ingen värme. Ur en kinetisk synvinkel bidrar det inte till en snabb reaktion.

Olika materialstrukturer

▪ Silikonstruktur:Kiselhar en viss kristallstruktur, och det finns vissa luckor och relativt svaga interaktioner mellan atomer, vilket gör det lättare för natriumhydroxidlösning att komma i kontakt med och reagera med kiselatomer.

▪ Struktur avkiseldioxid:kiseldioxid har en stabil rumslig nätverksstruktur.Kiselatomer och syreatomer är hårt bundna av kovalenta bindningar för att bilda en hård och stabil kristallstruktur. Det är svårt för natriumhydroxidlösning att tränga in i dess inre och helt komma i kontakt med kiselatomer, vilket resulterar i svårigheter med snabb reaktion. Endast kiselatomer på ytan av kiseldioxidpartiklar kan reagera med natriumhydroxid, vilket begränsar reaktionshastigheten.

Effekt av förhållanden

▪ Reaktion av kisel med natriumhydroxid: Under uppvärmningsförhållanden kommer reaktionshastigheten för kisel med natriumhydroxidlösning att accelereras avsevärt, och reaktionen kan i allmänhet fortgå smidigt vid höga temperaturer.

▪ Reaktion av kiseldioxid med natriumhydroxid: Reaktionen av kiseldioxid med natriumhydroxidlösning är mycket långsam vid rumstemperatur. Vanligtvis kommer reaktionshastigheten att förbättras under hårda förhållanden såsom hög temperatur och koncentrerad natriumhydroxidlösning.