¿Por qué la velocidad de reacción del Si y NaOH es más rápida que la del SiO2?

¿Por qué la velocidad de reacción desilicioy el hidróxido de sodio puede superar al del dióxido de silicio y se puede analizar desde los siguientes aspectos:

Diferencia en la energía del enlace químico.

▪ Reacción del silicio y el hidróxido de sodio: cuando el silicio reacciona con el hidróxido de sodio, la energía del enlace Si-Si entre los átomos de silicio es de sólo 176 kJ/mol. El enlace Si-Si se rompe durante la reacción, que es relativamente más fácil de romper. Desde un punto de vista cinético, la reacción es más fácil de desarrollar.

▪ Reacción del dióxido de silicio y el hidróxido de sodio: la energía del enlace Si-O entre los átomos de silicio y los átomos de oxígeno en el dióxido de silicio es 460 kJ/mol, que es relativamente alta. Se necesita mayor energía para romper el enlace Si-O durante la reacción, por lo que la reacción es relativamente difícil y la velocidad de reacción es lenta.

Diferentes mecanismos de reacción

▪ El silicio reacciona con el hidróxido de sodio: el silicio reacciona con el hidróxido de sodio primero al reaccionar con agua para generar hidrógeno y ácido silícico, luego el ácido silícico reacciona con el hidróxido de sodio para generar silicato de sodio y agua. Durante esta reacción, la reacción entre el silicio y el agua libera calor, lo que puede promover el movimiento molecular, creando así un mejor entorno cinético para la reacción y acelerando la velocidad de reacción.

▪ El dióxido de silicio reacciona con hidróxido de sodio: el dióxido de silicio reacciona con hidróxido de sodio primero reaccionando con agua para generar ácido silícico, luego el ácido silícico reacciona con hidróxido de sodio para generar silicato de sodio. La reacción entre el dióxido de silicio y el agua es extremadamente lenta y el proceso de reacción básicamente no libera calor. Desde un punto de vista cinético, no favorece una reacción rápida.

Diferentes estructuras materiales

▪ Estructura de silicio:SilicioTiene una cierta estructura cristalina y existen ciertos espacios e interacciones relativamente débiles entre los átomos, lo que facilita que la solución de hidróxido de sodio entre en contacto y reaccione con los átomos de silicio.

▪ Estructura desiliciodióxido:silicioEl dióxido tiene una estructura de red espacial estable.SilicioLos átomos y los átomos de oxígeno están estrechamente unidos mediante enlaces covalentes para formar una estructura cristalina dura y estable. Es difícil que la solución de hidróxido de sodio penetre en su interior y entre en contacto total con los átomos de silicio, lo que dificulta una reacción rápida. Sólo los átomos de silicio en la superficie de las partículas de dióxido de silicio pueden reaccionar con el hidróxido de sodio, lo que limita la velocidad de reacción.

Efecto de las condiciones

▪ Reacción del silicio con hidróxido de sodio: en condiciones de calentamiento, la velocidad de reacción del silicio con la solución de hidróxido de sodio se acelerará significativamente y, en general, la reacción puede desarrollarse sin problemas a altas temperaturas.

▪ Reacción del dióxido de silicio con hidróxido de sodio: La reacción del dióxido de silicio con la solución de hidróxido de sodio es muy lenta a temperatura ambiente. Por lo general, la velocidad de reacción mejorará en condiciones duras, como altas temperaturas y una solución concentrada de hidróxido de sodio.