Защо скоростта на реакцията между Si и NaOH е по-бърза от тази на SiO2?

Защо скоростта на реакциятасилицийи натриевият хидроксид може да надмине този на силициевия диоксид, което може да се анализира от следните аспекти:

Разлика в енергията на химичните връзки

▪ Реакция на силиций и натриев хидроксид: Когато силицийът реагира с натриев хидроксид, енергията на връзката Si-Si между силициевите атоми е само 176 kJ/mol. Връзката Si-Si се разкъсва по време на реакцията, което е сравнително по-лесно за разкъсване. От кинетична гледна точка реакцията протича по-лесно.

▪ Реакция на силициев диоксид и натриев хидроксид: Енергията на Si-O връзката между силициевите атоми и кислородните атоми в силициевия диоксид е 460 kJ/mol, което е относително високо. Необходима е по-висока енергия за разкъсване на Si-O връзката по време на реакцията, така че реакцията протича относително трудно и скоростта ѝ е бавна.

Различни реакционни механизми

▪ Силицият реагира с натриев хидроксид: Силицият реагира с натриев хидроксид първо чрез реакция с вода, за да генерира водород и силициева киселина, след което силициевата киселина реагира с натриев хидроксид, за да генерира натриев силикат и вода. По време на тази реакция, реакцията между силиций и вода освобождава топлина, която може да стимулира молекулярното движение, като по този начин създава по-добра кинетична среда за реакцията и ускорява скоростта на реакцията.

▪ Силициевият диоксид реагира с натриев хидроксид: Силициевият диоксид реагира с натриев хидроксид първо чрез реакция с вода, за да генерира силициева киселина, след което силициевата киселина реагира с натриев хидроксид, за да генерира натриев силикат. Реакцията между силициев диоксид и вода е изключително бавна и реакционният процес на практика не отделя топлина. От кинетична гледна точка, това не е благоприятно за бърза реакция.

Различни материални структури

▪ Силициева структура:Силицийима определена кристална структура и има определени празнини и относително слаби взаимодействия между атомите, което улеснява контакта и реакцията на разтвора на натриев хидроксид със силициевите атоми.

▪ Структура насилицийдиоксид:силицийдиоксидът има стабилна пространствена мрежова структура.СилицийАтомите на силициевия диоксид и кислородните атоми са здраво свързани чрез ковалентни връзки, образувайки твърда и стабилна кристална структура. За разтвор на натриев хидроксид е трудно да проникне във вътрешността му и да осъществи пълен контакт със силициевите атоми, което води до затруднение при бърза реакция. Само силициеви атоми на повърхността на частиците силициев диоксид могат да реагират с натриев хидроксид, което ограничава скоростта на реакцията.

Влияние на условията

▪ Реакция на силиций с натриев хидроксид: При условия на нагряване скоростта на реакцията на силиций с разтвор на натриев хидроксид ще се ускори значително и реакцията като цяло може да протече гладко при високи температури.

▪ Реакция на силициев диоксид с натриев хидроксид: Реакцията на силициев диоксид с разтвор на натриев хидроксид е много бавна при стайна температура. Обикновено скоростта на реакцията се подобрява при тежки условия, като например висока температура и концентриран разтвор на натриев хидроксид.