Prečo je rýchlosť reakcie Si a NaOH rýchlejšia ako SiO2?

Prečo je rýchlosť reakciekremíkaa hydroxid sodný môže prekonať oxid kremičitý možno analyzovať z nasledujúcich hľadísk:

Rozdiel v energii chemickej väzby

▪ Reakcia kremíka a hydroxidu sodného: Keď kremík reaguje s hydroxidom sodným, energia väzby Si-Si medzi atómami kremíka je len 176 kJ/mol. Väzba Si-Si sa počas reakcie preruší, čo je relatívne ľahšie pretrhnúť. Z kinetického hľadiska sa reakcia uskutočňuje ľahšie.

▪ Reakcia oxidu kremičitého a hydroxidu sodného: Energia Si-O väzby medzi atómami kremíka a atómami kyslíka v oxide kremičitom je 460 kJ/mol, čo je relatívne vysoká hodnota. Na prerušenie väzby Si-O počas reakcie je potrebná vyššia energia, takže reakcia prebieha pomerne ťažko a rýchlosť reakcie je pomalá.

Rôzne reakčné mechanizmy

▪ Kremík reaguje s hydroxidom sodným: Kremík reaguje s hydroxidom sodným najprv reakciou s vodou za vzniku vodíka a kyseliny kremičitej, potom kyselina kremičitá reaguje s hydroxidom sodným za vzniku kremičitanu sodného a vody. Počas tejto reakcie reakcia medzi kremíkom a vodou uvoľňuje teplo, ktoré môže podporovať pohyb molekúl, čím sa vytvára lepšie kinetické prostredie pre reakciu a zrýchľuje sa rýchlosť reakcie.

▪ Oxid kremičitý reaguje s hydroxidom sodným: Oxid kremičitý reaguje s hydroxidom sodným najprv reakciou s vodou za vzniku kyseliny kremičitej, potom kyselina kremičitá reaguje s hydroxidom sodným za vzniku kremičitanu sodného. Reakcia medzi oxidom kremičitým a vodou je extrémne pomalá a reakčný proces v podstate neuvoľňuje teplo. Z kinetického hľadiska neprospieva rýchlej reakcii.

Rôzne materiálové štruktúry

▪ Silikónová štruktúra:kremíkmá určitú kryštálovú štruktúru a medzi atómami sú určité medzery a relatívne slabé interakcie, čo uľahčuje kontakt a reakciu roztoku hydroxidu sodného s atómami kremíka.

▪ Štruktúrakremíkaoxid:kremíkaoxid má stabilnú priestorovú sieťovú štruktúru.kremíkatómy a atómy kyslíka sú pevne spojené kovalentnými väzbami za vzniku tvrdej a stabilnej kryštálovej štruktúry. Pre roztok hydroxidu sodného je ťažké preniknúť do jeho vnútra a úplne sa dostať do kontaktu s atómami kremíka, čo vedie k ťažkostiam pri rýchlej reakcii. Iba atómy kremíka na povrchu častíc oxidu kremičitého môžu reagovať s hydroxidom sodným, čo obmedzuje rýchlosť reakcie.

Vplyv podmienok

▪ Reakcia kremíka s hydroxidom sodným: Za podmienok zahrievania sa rýchlosť reakcie kremíka s roztokom hydroxidu sodného výrazne zrýchli a reakcia môže vo všeobecnosti prebiehať hladko pri vysokých teplotách.

▪ Reakcia oxidu kremičitého s hydroxidom sodným: Reakcia oxidu kremičitého s roztokom hydroxidu sodného je pri izbovej teplote veľmi pomalá. Zvyčajne sa reakčná rýchlosť zlepší za drsných podmienok, ako je vysoká teplota a koncentrovaný roztok hydroxidu sodného.