Zašto je brzina reakcije Si i NaOH veća nego SiO2?

Zašto je brzina reakcijesiliciji natrijum hidroksid može nadmašiti onaj silicijum dioksida, što se može analizirati sa sljedećih aspekata:

Razlika u energiji hemijske veze

▪ Reakcija silicija i natrijum hidroksida: Kada silicijum reaguje sa natrijum hidroksidom, energija Si-Si veze između atoma silicijuma je samo 176kJ/mol. Si-Si veza se prekida tokom reakcije, što je relativno lakše za prekid. Sa kinetičke tačke gledišta, reakcija se lakše odvija.

▪ Reakcija silicijum dioksida i natrijum hidroksida: Energija Si-O veze između atoma silicijuma i atoma kiseonika u silicijum dioksidu je 460 kJ/mol, što je relativno visoko. Potrebna je veća energija za prekid Si-O veze tokom reakcije, tako da je reakcija relativno teška i brzina reakcije je spora.

Različiti mehanizmi reakcije

▪ Silicij reagira s natrijum hidroksidom: Silicij reagira prvo s natrijum hidroksidom reagirajući s vodom stvarajući vodik i silicijsku kiselinu, a zatim silicijska kiselina reagira s natrijum hidroksidom stvarajući natrijum silikat i vodu. Tokom ove reakcije, reakcija između silicija i vode oslobađa toplinu, koja može potaknuti molekularno kretanje, čime se stvara bolje kinetičko okruženje za reakciju i ubrzava brzina reakcije.

▪ Silicijum dioksid reaguje sa natrijum hidroksidom: Silicijum dioksid reaguje sa natrijum hidroksidom prvo reakcijom sa vodom, stvarajući silicijumsku kiselinu, a zatim silicijumska kiselina reaguje sa natrijum hidroksidom, stvarajući natrijum silikat. Reakcija između silicijum dioksida i vode je izuzetno spora i proces reakcije u osnovi ne oslobađa toplotu. Sa kinetičke tačke gledišta, ne pogoduje brzoj reakciji.

Različite materijalne strukture

▪ Silicijumska struktura:Silicijumima određenu kristalnu strukturu, a postoje i određene praznine i relativno slabe interakcije između atoma, što olakšava rastvoru natrijum hidroksida da kontaktira i reaguje sa atomima silicijuma.

▪ Strukturasilicijdioksid:silicijdioksid ima stabilnu prostornu mrežnu strukturu.SilicijumAtomi silicija i atomi kisika su čvrsto vezani kovalentnim vezama formirajući tvrdu i stabilnu kristalnu strukturu. Rastvoru natrijum hidroksida je teško prodrijeti u njegovu unutrašnjost i potpuno doći u kontakt s atomima silicija, što rezultira poteškoćama u brzoj reakciji. Samo atomi silicija na površini čestica silicijum dioksida mogu reagirati s natrijum hidroksidom, što ograničava brzinu reakcije.

Učinak uslova

▪ Reakcija silicija s natrijum hidroksidom: Pod uslovima zagrijavanja, brzina reakcije silicija s rastvorom natrijum hidroksida će se značajno ubrzati, a reakcija se uglavnom može odvijati glatko na visokim temperaturama.

▪ Reakcija silicijum dioksida sa natrijum hidroksidom: Reakcija silicijum dioksida sa rastvorom natrijum hidroksida je veoma spora na sobnoj temperaturi. Obično se brzina reakcije poboljšava u teškim uslovima kao što su visoka temperatura i koncentrovani rastvor natrijum hidroksida.