Чому швидкість реакції Si і NaOH більша, ніж SiO2?

Чому швидкість реакціїкремнійа гідроксид натрію може перевершити діоксид кремнію, можна проаналізувати з таких аспектів:

Різниця в енергії хімічного зв’язку

▪ Реакція кремнію та гідроксиду натрію: коли кремній реагує з гідроксидом натрію, енергія зв’язку Si-Si між атомами кремнію становить лише 176 кДж/моль. Зв'язок Si-Si розривається під час реакції, яку порівняно легше розірвати. З кінетичної точки зору реакція протікає легше.

▪ Реакція діоксиду кремнію та гідроксиду натрію: енергія зв’язку Si-O між атомами кремнію та атомами кисню в діоксиду кремнію становить 460 кДж/моль, що є відносно високим показником. Для розриву зв’язку Si-O під час реакції потрібна більша енергія, тому реакція відбувається відносно важко, а швидкість реакції повільна.

Різні механізми реакції

▪ Кремній реагує з гідроксидом натрію: спочатку кремній реагує з гідроксидом натрію, реагуючи з водою, утворюючи водень і кремнієву кислоту, потім кремнієва кислота реагує з гідроксидом натрію, утворюючи силікат натрію та воду. Під час цієї реакції реакція між кремнієм і водою виділяє тепло, яке може сприяти молекулярному руху, тим самим створюючи краще кінетичне середовище для реакції та прискорюючи швидкість реакції.

▪ Діоксид кремнію реагує з гідроксидом натрію: спочатку діоксид кремнію реагує з гідроксидом натрію, реагуючи з водою, утворюючи кремнієву кислоту, потім кремнієва кислота реагує з гідроксидом натрію, утворюючи силікат натрію. Реакція між діоксидом кремнію і водою відбувається надзвичайно повільно, і процес реакції в основному не виділяє тепла. З кінетичної точки зору це не сприяє швидкій реакції.

Різні структури матеріалів

▪ Кремнієва структура:Кремніймає певну кристалічну структуру, і існують певні проміжки та відносно слабкі взаємодії між атомами, що полегшує контакт розчину гідроксиду натрію та реакцію з атомами кремнію.

▪ Структуракремнійдіоксид:кремнійдіоксид має стабільну просторову сітчасту структуру.Кремнійатоми й атоми кисню міцно зв’язані ковалентними зв’язками, утворюючи тверду й стабільну кристалічну структуру. Розчину гідроксиду натрію важко проникнути всередину і повністю зв’язатися з атомами кремнію, що призводить до труднощів у швидкій реакції. Тільки атоми кремнію на поверхні частинок діоксиду кремнію можуть реагувати з гідроксидом натрію, обмежуючи швидкість реакції.

Вплив умов

▪ Реакція кремнію з гідроксидом натрію: в умовах нагрівання швидкість реакції кремнію з розчином гідроксиду натрію буде значно прискорена, і реакція, як правило, може протікати плавно за високих температур.

▪ Реакція діоксиду кремнію з гідроксидом натрію: реакція діоксиду кремнію з розчином гідроксиду натрію дуже повільна за кімнатної температури. Зазвичай швидкість реакції буде покращена за суворих умов, таких як висока температура та концентрований розчин гідроксиду натрію.