硅与氢氧化钠的反应速度为何能超越二氧化硅,从下面几个方面解析:
化学键能差异
硅与氢氧化钠反应:硅与氢氧化钠反应时,硅原子之间的 Si—Si 键能仅为 176kJ/mol,在反应中 Si—Si 键断裂,相对更容易断裂,从动力学角度来看,反应更容易进行 。
二氧化硅与氢氧化钠反应:二氧化硅中硅原子与氧原子之间的 Si—O 键键能为 460kJ/mol,键能较高,在反应中 Si—O 键断裂需要更高的能量,所以反应相对较难发生,反应速度较慢。
反应机理不同
硅与氢氧化钠反应:硅与氢氧化钠反应先是硅和水反应生成氢气和硅酸,然后硅酸和氢氧化钠反应生成硅酸钠和水,此反应过程中硅与水反应会释放出热量,这些热量能够促进分子运动,从而为反应营造出更好的动力学环境,加快反应速率。
二氧化硅与氢氧化钠反应:二氧化硅与氢氧化钠反应先是二氧化硅和水反应生成硅酸,然后硅酸和氢氧化钠反应生成硅酸钠,而二氧化硅与水的反应极其缓慢,并且该反应过程基本不释放热量,从动力学角度来看,不利于反应快速进行。
物质结构不同
硅的结构:硅单质具有一定的晶体结构,原子之间存在一定的空隙和相对较弱的相互作用,使得氢氧化钠溶液更容易与硅原子接触并发生反应。
二氧化硅的结构:二氧化硅具有稳定的空间网状结构,硅原子和氧原子通过共价键紧密结合,形成坚硬、稳定的晶体结构,氢氧化钠溶液难以深入其内部与硅原子充分接触,导致反应难以迅速进行,只有在二氧化硅颗粒表面的硅原子能够与氢氧化钠发生反应,限制了反应的速率。
应条件影响
硅与氢氧化钠反应:在加热条件下,硅与氢氧化钠溶液的反应速度会显著加快,一般在高温下反应能够顺利进行。
二氧化硅与氢氧化钠反应:二氧化硅与氢氧化钠溶液在常温下反应非常缓慢,通常需要在高温、浓氢氧化钠溶液等较为苛刻的条件下,反应速率才会有所提高。