Zakaj je hitrost reakcije Si in NaOH hitrejša od SiO2?

Zakaj hitrost reakcijesilicijin natrijev hidroksid lahko preseže silicijev dioksid, se lahko analizira z naslednjih vidikov:

Razlika v energiji kemijske vezi

▪ Reakcija silicija in natrijevega hidroksida: Ko silicij reagira z natrijevim hidroksidom, je energija vezi Si-Si med atomi silicija le 176kJ/mol. Vez Si-Si se med reakcijo zlomi, kar je razmeroma lažje pretrgati. S kinetičnega vidika je reakcija lažja.

▪ Reakcija silicijevega dioksida in natrijevega hidroksida: Energija vezi Si-O med atomi silicija in atomi kisika v silicijevem dioksidu je 460kJ/mol, kar je relativno veliko. Za prekinitev vezi Si-O med reakcijo je potrebna večja energija, zato je do reakcije razmeroma težko priti in hitrost reakcije je počasna.

Različni reakcijski mehanizmi

▪ Silicij reagira z natrijevim hidroksidom: Silicij najprej reagira z natrijevim hidroksidom tako, da reagira z vodo, da nastane vodik in silicijeva kislina, nato pa silicijeva kislina reagira z natrijevim hidroksidom, da nastane natrijev silikat in voda. Med to reakcijo reakcija med silicijem in vodo sprošča toploto, ki lahko spodbuja molekularno gibanje, s čimer se ustvari boljše kinetično okolje za reakcijo in pospeši hitrost reakcije.

▪ Silicijev dioksid reagira z natrijevim hidroksidom: silicijev dioksid reagira z natrijevim hidroksidom najprej z reakcijo z vodo, da nastane silicijeva kislina, nato pa silicijeva kislina reagira z natrijevim hidroksidom, da nastane natrijev silikat. Reakcija med silicijevim dioksidom in vodo je izjemno počasna, pri reakciji pa v bistvu ne sproščamo toplote. S kinetičnega vidika ne spodbuja hitre reakcije.

Različne materialne strukture

▪ Silikonska struktura:Silicijima določeno kristalno strukturo in obstajajo določene vrzeli in razmeroma šibke interakcije med atomi, zaradi česar raztopina natrijevega hidroksida lažje stopi v stik in reagira z atomi silicija.

▪ Strukturasilicijdioksid:silicijdioksid ima stabilno prostorsko mrežno strukturo.Silicijatomi in atomi kisika so tesno povezani s kovalentnimi vezmi, da tvorijo trdo in stabilno kristalno strukturo. Raztopini natrijevega hidroksida je težko prodreti v njegovo notranjost in v celoti stopiti v stik z atomi silicija, kar ima za posledico težave pri hitri reakciji. Le atomi silicija na površini delcev silicijevega dioksida lahko reagirajo z natrijevim hidroksidom, kar omejuje hitrost reakcije.

Učinek pogojev

▪ Reakcija silicija z natrijevim hidroksidom: Pri pogojih segrevanja bo hitrost reakcije silicija z raztopino natrijevega hidroksida znatno pospešena in reakcija lahko na splošno poteka gladko pri visokih temperaturah.

▪ Reakcija silicijevega dioksida z natrijevim hidroksidom: Reakcija silicijevega dioksida z raztopino natrijevega hidroksida je pri sobni temperaturi zelo počasna. Običajno se hitrost reakcije izboljša v težkih pogojih, kot sta visoka temperatura in koncentrirana raztopina natrijevega hidroksida.