Il motivo per cui l'anidride carbonica è un gas e il biossido di silicio è un solido è perché le loro strutture chimiche sono diverse.

L'anidride carbonica è un struttura lineare con due doppi legami tra carbonio e ossigeno. È una piccola molecola e non polare con solo deboli legami tra le molecole. Quindi è un gas.

Il biossido di silicio non è formato da piccole molecole. Consiste in una serie infinita di siliconi in cui ogni silicio è legato a quattro ossigeni separati (e ogni ossigeno è condiviso tra due siliconi). Questo crea un solido refrattario forte (il vetro e la sabbia sono per lo più biossido di silicio noto anche come silice). Quindi la stessa apparente formula complessiva non descrive affatto la struttura effettiva dei composti. Ma le strutture spiegano la differenza di comportamento.

Ovviamente questo non spiega perché il silicio preferisce legarsi con quattro ossigeni quando il carbonio ne preferisce solo due . Ciò non è del tutto semplice e risulta dalle forze di legame relative dei legami carbonio-ossigeno, doppi legami carbonio-ossigeno e legami equivalenti per silicio e ossigeno. La versione semplice è che i legami ossigeno al silicio sono forti rispetto ai loro equivalenti a doppio legame mentre i doppi legami carbonio-ossigeno sono forti rispetto ai loro equivalenti a legame singolo. O, più precisamente, se potessimo rendere solida una rete carbonio-ossigeno con la struttura equivalente alla silice, tenderebbe a disgregarsi in anidride carbonica. Se potessimo creare molecole di biossido di silicio, reagirebbero con il rilascio di energia per dare silice.

Spiegazioni più approfondite dovrebbero esaminare il motivo per cui le forze relative dei legami doppi e singoli risultano in questo modo, ma ciò entrerebbe nella meccanica quantistica molecolare e non sarebbe molto più utile come spiegazione. >

La spiegazione più semplice è il fatto che le strutture sono diverse.

Se osservi la struttura cristallina del biossido di silicio ($ \ ce {SiO2} $), vedrai che è composta da tetraedri (un silicio circondato da 4 atomi di ossigeno) e questi tetraedri sono a loro volta collegati tra loro , e successivamente forma una rete bidimensionale che è abbastanza grande da rendere questa sostanza un solido.

Inoltre, il fattore 2,5 in massa fa una grande differenza, ma non è rilevante per questa discussione. Consiglierei di leggere qualsiasi libro di chimica inorganica in cui tali argomenti siano discussi in profondità. Le forze di Van der Vaals giocano solo un ruolo significativo nei carboidrati a catena lunga, come i grassi, e non sono realmente osservate nelle molecole "inorganiche".

$ \ ce {CO_2} $ le molecole non possono formare un cristallo nel come fanno le unità $ \ ce {SiO2} $, e non credo di dover spiegare perché. Inoltre, non ha momento di dipolo e nessuna forza di Van der Waals tra le molecole.

Gli elementi della risposta sono contenuti anche in altre risposte qui, ma questo ha bisogno di ulteriori dettagli. Ha a che fare con le energie di legame di C-O, Si-O, C = O e Si = O. Non ho i numeri a portata di mano, ma elaboralo e ti indicherà che il carbonio è il più stabile sotto forma di $ \ ce {CO2} $ e il silicio il più stabile come una rete tetraedrica (simile al diamante. )

Il motivo per cui $ \ ce {CO2} $ è un gas può essere facilmente spiegato utilizzando i principi del legame intermolecolare, che puoi cercare facilmente.

È a causa della struttura di $ \ ce {CO2} $. Due degli elettroni di valenza del carbonio si ibridano in due orbitali ibridi $ sp $. Di conseguenza, la molecola è unidimensionale con un angolo di 180 $ ^ \ circ $ tra i legami e completamente non polare. Il $ \ ce {Si} $, d'altra parte, non forma tali legami e l'angolo è lontano da 180 °, il che insieme all'elevata elettronegatività degli ossigeni lo rende piuttosto polare. Quindi l'interazione tra $ \ ce {Si} $ e $ \ ce {O} $ atomi di molecole $ \ ce {SiO2} $ diverse è molto più alta e di conseguenza è necessaria molta più energia per rompere il solido, dandogli un punto di fusione aumentato.

La massa (come discusso in vari commenti) non gioca alcun ruolo qui poiché è una questione di interazione o di forze. L'attrazione gravitazionale di singoli atomi o molecole è ridicolmente piccola e non trova mai alcuna considerazione in tali calcoli (come dovrebbe!).

La silice ($ \ ce {SiO_2} $) ha una struttura tridimensionale. Ha legami Si-O molto forti e ha un punto di fusione elevato.

Tuttavia, in $ \ ce {CO2} $ (che ha una forma lineare) ci sono legami CO deboli senza momento di dipolo e ha ibridazione sp. A causa di questo tipo di legame e di grandi lacune nella molecola $ \ ce {CO2} $, $ \ ce {CO2} $ è un gas.