Zašto je brzina reakcije Si i NaOH brža od SiO2?

Zašto brzina reakcije odsilicija natrijev hidroksid može nadmašiti silicijev dioksid može se analizirati sa sljedećih aspekata:

Razlika u energiji kemijske veze

▪ Reakcija silicija i natrijevog hidroksida: Kada silicij reagira s natrijevim hidroksidom, energija Si-Si veze između atoma silicija je samo 176kJ/mol. Tijekom reakcije puca Si-Si veza, koju je relativno lakše prekinuti. S kinetičke točke gledišta, reakcija se lakše odvija.

▪ Reakcija silicijevog dioksida i natrijevog hidroksida: Si-O energija veze između atoma silicija i atoma kisika u silicijevom dioksidu je 460kJ/mol, što je relativno visoko. Potrebna je veća energija za kidanje Si-O veze tijekom reakcije, tako da je do reakcije relativno teško doći i brzina reakcije je spora.

Različiti mehanizmi reakcije

▪ Silicij reagira s natrijevim hidroksidom: Silicij reagira s natrijevim hidroksidom prvo reagirajući s vodom stvarajući vodik i silicijevu kiselinu, zatim silicijeva kiselina reagira s natrijevim hidroksidom stvarajući natrijev silikat i vodu. Tijekom ove reakcije, reakcija između silicija i vode oslobađa toplinu, koja može pospješiti molekularno gibanje, stvarajući tako bolje kinetičko okruženje za reakciju i ubrzavajući brzinu reakcije.

▪ Silicijev dioksid reagira s natrijevim hidroksidom: Silicijev dioksid reagira s natrijevim hidroksidom najprije reakcijom s vodom stvarajući silicijevu kiselinu, zatim silicijeva kiselina reagira s natrijevim hidroksidom stvarajući natrijev silikat. Reakcija između silicijevog dioksida i vode je izuzetno spora, a proces reakcije u osnovi ne oslobađa toplinu. S kinetičke točke gledišta, ne pogoduje brzoj reakciji.

Različite strukture materijala

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

▪ Strukturasilicijdioksid:silicijdioksid ima stabilnu strukturu prostorne mreže.Silicijatomi i atomi kisika čvrsto su vezani kovalentnim vezama tvoreći tvrdu i stabilnu kristalnu strukturu. Otopini natrijevog hidroksida teško je prodrijeti u njegovu unutrašnjost i u potpunosti doći u kontakt s atomima silicija, što dovodi do poteškoća u brzoj reakciji. Samo atomi silicija na površini čestica silicijevog dioksida mogu reagirati s natrijevim hidroksidom, ograničavajući brzinu reakcije.

Učinak uvjeta

▪ Reakcija silicija s natrijevim hidroksidom: U uvjetima zagrijavanja, brzina reakcije silicija s otopinom natrijevog hidroksida značajno će se ubrzati, a reakcija se općenito može glatko odvijati na visokim temperaturama.

▪ Reakcija silicijevog dioksida s natrijevim hidroksidom: Reakcija silicijevog dioksida s otopinom natrijevog hidroksida vrlo je spora na sobnoj temperaturi. Obično će se brzina reakcije poboljšati u teškim uvjetima kao što su visoka temperatura i koncentrirana otopina natrijevog hidroksida.