Proč je reakční rychlost Si a NaOH rychlejší než SiO2?

Proč rychlost reakcekřemíka hydroxid sodný může překonat oxid křemičitý, lze analyzovat z následujících hledisek:

Rozdíl v energii chemické vazby

▪ Reakce křemíku a hydroxidu sodného: Když křemík reaguje s hydroxidem sodným, energie vazby Si-Si mezi atomy křemíku je pouze 176 kJ/mol. Vazba Si-Si se během reakce rozbije, což je relativně snadnější prolomení. Z kinetického hlediska je reakce snazší.

▪ Reakce oxidu křemičitého a hydroxidu sodného: Energie vazby Si-O mezi atomy křemíku a atomy kyslíku v oxidu křemičitém je 460 kJ/mol, což je relativně vysoká hodnota. K přerušení vazby Si-O během reakce je potřeba vyšší energie, takže reakce probíhá poměrně obtížně a rychlost reakce je pomalá.

Různé reakční mechanismy

▪ Křemík reaguje s hydroxidem sodným: Křemík reaguje s hydroxidem sodným nejprve reakcí s vodou za vzniku vodíku a kyseliny křemičité, poté kyselina křemičitá reaguje s hydroxidem sodným za vzniku křemičitanu sodného a vody. Během této reakce reakce mezi křemíkem a vodou uvolňuje teplo, které může podporovat molekulární pohyb, čímž se vytváří lepší kinetické prostředí pro reakci a urychluje se rychlost reakce.

▪ Oxid křemičitý reaguje s hydroxidem sodným: Oxid křemičitý reaguje s hydroxidem sodným nejprve reakcí s vodou za vzniku kyseliny křemičité, poté kyselina křemičitá reaguje s hydroxidem sodným za vzniku křemičitanu sodného. Reakce mezi oxidem křemičitým a vodou je extrémně pomalá a reakční proces v podstatě neuvolňuje teplo. Z kinetického hlediska neprospívá rychlé reakci.

Různé materiálové struktury

▪ Silikonová struktura:Křemíkmá určitou krystalovou strukturu a mezi atomy jsou určité mezery a relativně slabé interakce, což usnadňuje kontakt a reakci roztoku hydroxidu sodného s atomy křemíku.

▪ Strukturakřemíkoxid:křemíkoxid má stabilní prostorovou síťovou strukturu.Křemíkatomy a atomy kyslíku jsou pevně vázány kovalentními vazbami za vzniku tvrdé a stabilní krystalové struktury. Pro roztok hydroxidu sodného je obtížné proniknout do jeho nitra a plně kontaktovat atomy křemíku, což má za následek potíže s rychlou reakcí. Pouze atomy křemíku na povrchu částic oxidu křemičitého mohou reagovat s hydroxidem sodným, což omezuje rychlost reakce.

Vliv podmínek

▪ Reakce křemíku s hydroxidem sodným: Za podmínek zahřívání se rychlost reakce křemíku s roztokem hydroxidu sodného výrazně zrychlí a reakce může obecně probíhat hladce při vysokých teplotách.

▪ Reakce oxidu křemičitého s hydroxidem sodným: Reakce oxidu křemičitého s roztokem hydroxidu sodného je při pokojové teplotě velmi pomalá. Obvykle se reakční rychlost zlepší za drsných podmínek, jako je vysoká teplota a koncentrovaný roztok hydroxidu sodného.