Mengapa laju reaksi Si dan NaOH lebih cepat dibandingkan SiO2?

Mengapa laju reaksinyasilikondan natrium hidroksida dapat melampaui silikon dioksida dapat dianalisis dari aspek berikut:

Perbedaan energi ikatan kimia

▪ Reaksi silikon dan natrium hidroksida: Ketika silikon bereaksi dengan natrium hidroksida, energi ikatan Si-Si antar atom silikon hanya 176kJ/mol. Ikatan Si-Si putus selama reaksi, yang relatif lebih mudah diputus. Dari sudut pandang kinetik, reaksi lebih mudah berlangsung.

▪ Reaksi silikon dioksida dan natrium hidroksida: Energi ikatan Si-O antara atom silikon dan atom oksigen dalam silikon dioksida adalah 460kJ/mol, yang relatif tinggi. Dibutuhkan energi yang lebih tinggi untuk memutus ikatan Si-O selama reaksi, sehingga reaksi relatif sulit terjadi dan laju reaksinya lambat.

Mekanisme reaksi yang berbeda

▪ Silikon bereaksi dengan natrium hidroksida: Silikon bereaksi dengan natrium hidroksida terlebih dahulu dengan mereaksikan dengan air menghasilkan hidrogen dan asam silikat, kemudian asam silikat bereaksi dengan natrium hidroksida menghasilkan natrium silikat dan air. Selama reaksi ini, reaksi antara silikon dan air melepaskan panas, yang dapat mendorong pergerakan molekul, sehingga menciptakan lingkungan kinetik yang lebih baik untuk reaksi dan mempercepat laju reaksi.

▪ Silikon dioksida bereaksi dengan natrium hidroksida: Silikon dioksida bereaksi dengan natrium hidroksida terlebih dahulu dengan mereaksikan dengan air menghasilkan asam silikat, kemudian asam silikat bereaksi dengan natrium hidroksida menghasilkan natrium silikat. Reaksi antara silikon dioksida dan air sangat lambat, dan proses reaksi pada dasarnya tidak melepaskan panas. Dari sudut pandang kinetik, hal ini tidak kondusif bagi reaksi cepat.

Struktur material yang berbeda

▪ Struktur silikon:Silikonmemiliki struktur kristal tertentu, serta terdapat celah tertentu dan interaksi yang relatif lemah antar atom, sehingga memudahkan larutan natrium hidroksida berkontak dan bereaksi dengan atom silikon.

▪ Struktursilikondioksida:silikondioksida memiliki struktur jaringan spasial yang stabil.Silikonatom dan atom oksigen terikat erat oleh ikatan kovalen sehingga membentuk struktur kristal yang keras dan stabil. Larutan natrium hidroksida sulit menembus bagian dalamnya dan bersentuhan penuh dengan atom silikon, sehingga menyulitkan reaksi cepat. Hanya atom silikon pada permukaan partikel silikon dioksida yang dapat bereaksi dengan natrium hidroksida, sehingga membatasi laju reaksi.

Pengaruh kondisi

▪ Reaksi silikon dengan natrium hidroksida: Dalam kondisi pemanasan, laju reaksi silikon dengan larutan natrium hidroksida akan dipercepat secara signifikan, dan reaksi umumnya dapat berjalan lancar pada suhu tinggi.

▪ Reaksi silikon dioksida dengan natrium hidroksida: Reaksi silikon dioksida dengan larutan natrium hidroksida sangat lambat pada suhu kamar. Biasanya, laju reaksi akan ditingkatkan dalam kondisi yang keras seperti suhu tinggi dan larutan natrium hidroksida pekat.