Perché la velocità di reazione di Si e NaOH è più veloce di quella di SiO2?

Perché la velocità di reazione disilicioe l'idrossido di sodio può superare quello del biossido di silicio può essere analizzato dai seguenti aspetti:

Differenza nell'energia del legame chimico

▪ Reazione tra silicio e idrossido di sodio: quando il silicio reagisce con l'idrossido di sodio, l'energia di legame Si-Si tra gli atomi di silicio è di soli 176kJ/mol. Il legame Si-Si si rompe durante la reazione, che è relativamente più facile da rompere. Da un punto di vista cinetico la reazione è più facile da procedere.

▪ Reazione del biossido di silicio e dell'idrossido di sodio: l'energia del legame Si-O tra gli atomi di silicio e gli atomi di ossigeno nel biossido di silicio è 460kJ/mol, che è relativamente alta. È necessaria una maggiore energia per rompere il legame Si-O durante la reazione, quindi la reazione è relativamente difficile e la velocità di reazione è lenta.

Diversi meccanismi di reazione

▪ Il silicio reagisce con l'idrossido di sodio: il silicio reagisce prima con l'idrossido di sodio reagendo con l'acqua per generare idrogeno e acido silicico, quindi l'acido silicico reagisce con l'idrossido di sodio per generare silicato di sodio e acqua. Durante questa reazione, la reazione tra silicio e acqua rilascia calore, che può favorire il movimento molecolare, creando così un ambiente cinetico migliore per la reazione e accelerando la velocità di reazione.

▪ Il biossido di silicio reagisce con l'idrossido di sodio: il biossido di silicio reagisce prima con l'idrossido di sodio reagendo con l'acqua per generare acido silicico, quindi l'acido silicico reagisce con l'idrossido di sodio per generare silicato di sodio. La reazione tra il biossido di silicio e l'acqua è estremamente lenta e il processo di reazione sostanzialmente non rilascia calore. Da un punto di vista cinetico, non favorisce una reazione rapida.

Diverse strutture materiali

▪ Struttura del silicio:Silicioha una certa struttura cristallina e ci sono alcuni lacune e interazioni relativamente deboli tra gli atomi, rendendo più facile per la soluzione di idrossido di sodio entrare in contatto e reagire con gli atomi di silicio.

▪ Struttura disiliciobiossido:silicioil biossido ha una struttura di rete spaziale stabile.Siliciogli atomi e gli atomi di ossigeno sono strettamente legati da legami covalenti per formare una struttura cristallina dura e stabile. È difficile che la soluzione di idrossido di sodio penetri al suo interno e entri completamente in contatto con gli atomi di silicio, con conseguente difficoltà nella reazione rapida. Solo gli atomi di silicio sulla superficie delle particelle di biossido di silicio possono reagire con l'idrossido di sodio, limitando la velocità di reazione.

Effetto delle condizioni

▪ Reazione del silicio con idrossido di sodio: In condizioni di riscaldamento, la velocità di reazione del silicio con la soluzione di idrossido di sodio sarà notevolmente accelerata e la reazione può generalmente procedere senza problemi ad alte temperature.

▪ Reazione del biossido di silicio con idrossido di sodio: La reazione del biossido di silicio con la soluzione di idrossido di sodio è molto lenta a temperatura ambiente. Di solito, la velocità di reazione verrà migliorata in condizioni difficili come l'alta temperatura e la soluzione concentrata di idrossido di sodio.