Por que a taxa de reação do Si e do NaOH é mais rápida que a do SiO2?

Por que a taxa de reação desilícioe o hidróxido de sódio pode superar o do dióxido de silício pode ser analisado a partir dos seguintes aspectos:

Diferença na energia da ligação química

▪ Reação do silício e do hidróxido de sódio: Quando o silício reage com o hidróxido de sódio, a energia da ligação Si-Si entre os átomos de silício é de apenas 176kJ/mol. A ligação Si-Si quebra durante a reação, o que é relativamente mais fácil de quebrar. Do ponto de vista cinético, a reação é mais fácil de ocorrer.

▪ Reação do dióxido de silício e do hidróxido de sódio: A energia da ligação Si-O entre os átomos de silício e os átomos de oxigênio no dióxido de silício é de 460 kJ/mol, o que é relativamente alto. É necessária mais energia para quebrar a ligação Si-O durante a reação, então a reação é relativamente difícil de ocorrer e a taxa de reação é lenta.

Diferentes mecanismos de reação

▪ O silício reage com o hidróxido de sódio: O silício reage com o hidróxido de sódio primeiro reagindo com a água para gerar hidrogênio e ácido silícico, depois o ácido silícico reage com o hidróxido de sódio para gerar silicato de sódio e água. Durante esta reação, a reação entre o silício e a água libera calor, o que pode promover o movimento molecular, criando assim um melhor ambiente cinético para a reação e acelerando a taxa de reação.

▪ O dióxido de silício reage com o hidróxido de sódio: O dióxido de silício reage com o hidróxido de sódio primeiro reagindo com a água para gerar ácido silícico, depois o ácido silícico reage com o hidróxido de sódio para gerar silicato de sódio. A reação entre o dióxido de silício e a água é extremamente lenta e o processo de reação basicamente não libera calor. Do ponto de vista cinético, não conduz a uma reação rápida.

Diferentes estruturas materiais

▪ Estrutura de silício:Silíciotem uma certa estrutura cristalina e existem certas lacunas e interações relativamente fracas entre os átomos, tornando mais fácil para a solução de hidróxido de sódio entrar em contato e reagir com os átomos de silício.

▪ Estrutura desilíciodióxido:silícioo dióxido tem uma estrutura de rede espacial estável.Silícioátomos e átomos de oxigênio são fortemente ligados por ligações covalentes para formar uma estrutura cristalina dura e estável. É difícil para a solução de hidróxido de sódio penetrar em seu interior e entrar em contato total com os átomos de silício, resultando em dificuldade de reação rápida. Apenas os átomos de silício na superfície das partículas de dióxido de silício podem reagir com o hidróxido de sódio, limitando a taxa de reação.

Efeito das condições

▪ Reação do silício com hidróxido de sódio: Sob condições de aquecimento, a taxa de reação do silício com solução de hidróxido de sódio será significativamente acelerada e a reação geralmente pode ocorrer suavemente em altas temperaturas.

▪ Reação do dióxido de silício com hidróxido de sódio: A reação do dióxido de silício com solução de hidróxido de sódio é muito lenta à temperatura ambiente. Normalmente, a taxa de reação será melhorada sob condições adversas, como alta temperatura e solução concentrada de hidróxido de sódio.