Защо скоростта на реакцията на Si и NaOH е по-бърза от SiO2?

Защо скоростта на реакция насилицийи натриевият хидроксид може да надмине този на силициевия диоксид, може да бъде анализиран от следните аспекти:

Разлика в енергията на химичната връзка

▪ Реакция на силиций и натриев хидроксид: Когато силицият реагира с натриев хидроксид, енергията на Si-Si връзката между силициевите атоми е само 176kJ/mol. Връзката Si-Si се разпада по време на реакцията, която е относително по-лесна за разрушаване. От кинетична гледна точка реакцията протича по-лесно.

▪ Реакция на силициев диоксид и натриев хидроксид: Енергията на връзката Si-O между силициевите атоми и кислородните атоми в силициевия диоксид е 460kJ/mol, което е относително високо. Необходима е по-висока енергия, за да се разруши Si-O връзката по време на реакцията, така че реакцията е относително трудна и скоростта на реакцията е бавна.

Различни механизми на реакция

▪ Силицият реагира с натриев хидроксид: Силицият реагира с натриев хидроксид първо като реагира с вода, за да генерира водород и силициева киселина, след това силициевата киселина реагира с натриев хидроксид, за да генерира натриев силикат и вода. По време на тази реакция реакцията между силиций и вода отделя топлина, която може да стимулира молекулярното движение, като по този начин създава по-добра кинетична среда за реакцията и ускорява скоростта на реакцията.

▪ Силициевият диоксид реагира с натриев хидроксид: Силициевият диоксид реагира с натриев хидроксид първо като реагира с вода, за да генерира силициева киселина, след което силициевата киселина реагира с натриев хидроксид, за да генерира натриев силикат. Реакцията между силициев диоксид и вода е изключително бавна и реакционният процес основно не отделя топлина. От кинетична гледна точка не е благоприятно за бърза реакция.

Различни структури на материала

▪ Силициева структура:Силицийима определена кристална структура и има определени пропуски и относително слаби взаимодействия между атомите, което улеснява контакта на разтвора на натриев хидроксид и реакцията му със силициевите атоми.

▪ Структура насилицийдиоксид:силицийдиоксид има стабилна пространствена мрежова структура.Силицийатомите и кислородните атоми са здраво свързани с ковалентни връзки, за да образуват твърда и стабилна кристална структура. Трудно е разтворът на натриев хидроксид да проникне във вътрешността му и да влезе в пълен контакт със силициевите атоми, което води до затруднения при бърза реакция. Само силициевите атоми на повърхността на частиците силициев диоксид могат да реагират с натриев хидроксид, ограничавайки скоростта на реакцията.

Ефект на условията

▪ Реакция на силиций с натриев хидроксид: При условия на нагряване скоростта на реакцията на силиций с разтвор на натриев хидроксид ще бъде значително ускорена и реакцията обикновено може да протича гладко при високи температури.

▪ Реакция на силициев диоксид с натриев хидроксид: Реакцията на силициев диоксид с разтвор на натриев хидроксид е много бавна при стайна температура. Обикновено скоростта на реакцията ще се подобри при тежки условия като висока температура и концентриран разтвор на натриев хидроксид.