Zašto je brzina reakcije Si i NaOH brža od SiO2?

Zašto brzina reakcijesilicijuma natrijum hidroksid može nadmašiti onaj od silicijum dioksida može se analizirati sa sljedećih aspekata:

Razlika u energiji hemijske veze

▪ Reakcija silicijuma i natrijum hidroksida: Kada silicijum reaguje sa natrijum hidroksidom, energija veze Si-Si između atoma silicijuma je samo 176kJ/mol. Si-Si veza puca tokom reakcije, što je relativno lakše prekinuti. Sa kinetičke tačke gledišta, reakcija se lakše odvija.

▪ Reakcija silicijum dioksida i natrijum hidroksida: Energija Si-O veze između atoma silicijuma i atoma kiseonika u silicijum dioksidu je 460kJ/mol, što je relativno visoko. Potrebna je veća energija da bi se prekinula Si-O veza tokom reakcije, tako da je reakcija relativno teška i brzina reakcije je spora.

Različiti mehanizmi reakcije

▪ Silicijum reaguje sa natrijum hidroksidom: Silicijum prvo reaguje sa natrijum hidroksidom tako što reaguje sa vodom da bi se dobio vodonik i silicijumska kiselina, a zatim silicijumska kiselina reaguje sa natrijum hidroksidom da bi stvorila natrijum silikat i vodu. Tokom ove reakcije, reakcija između silicijuma i vode oslobađa toplinu, koja može potaknuti molekularno kretanje, stvarajući tako bolje kinetičko okruženje za reakciju i ubrzavajući brzinu reakcije.

▪ Silicijum dioksid reaguje sa natrijum hidroksidom: Silicijum dioksid reaguje sa natrijum hidroksidom prvo tako što reaguje sa vodom da bi stvorio silicijumsku kiselinu, zatim silicijumsku kiselinu reaguje sa natrijum hidroksidom da bi stvorio natrijum silikat. Reakcija između silicijum dioksida i vode je izuzetno spora, a proces reakcije u osnovi ne oslobađa toplotu. Sa kinetičke tačke gledišta, ne pogoduje brzoj reakciji.

Različite strukture materijala

▪ Silikonska struktura:Silicijumima određenu kristalnu strukturu, a postoje određene praznine i relativno slabe interakcije između atoma, što olakšava kontakt otopine natrijevog hidroksida i reakciju s atomima silicija.

▪ Strukturasilicijumdioksid:silicijumdioksid ima stabilnu prostornu mrežnu strukturu.Silicijumatomi i atomi kiseonika su čvrsto vezani kovalentnim vezama da formiraju tvrdu i stabilnu kristalnu strukturu. Otopini natrijevog hidroksida teško je prodrijeti u unutrašnjost i u potpunosti doći u kontakt s atomima silicija, što dovodi do poteškoća u brzoj reakciji. Samo atomi silicija na površini čestica silicijum dioksida mogu reagovati sa natrijum hidroksidom, ograničavajući brzinu reakcije.

Uticaj uslova

▪ Reakcija silicijuma sa natrijum hidroksidom: Pod uslovima zagrevanja, brzina reakcije silicijuma sa rastvorom natrijum hidroksida će biti značajno ubrzana, a reakcija se generalno može odvijati glatko na visokim temperaturama.

▪ Reakcija silicijum dioksida sa natrijum hidroksidom: Reakcija silicijum dioksida sa rastvorom natrijum hidroksida je veoma spora na sobnoj temperaturi. Obično će se brzina reakcije poboljšati u teškim uslovima kao što su visoka temperatura i koncentrovani rastvor natrijum hidroksida.