Per què la velocitat de reacció del Si i el NaOH és més ràpida que la del SiO2?

Per què la velocitat de reacció desilicii l'hidròxid de sodi pot superar el del diòxid de silici i es pot analitzar des dels aspectes següents:

Diferència en l'energia d'enllaç químic

▪ Reacció del silici i l'hidròxid de sodi: Quan el silici reacciona amb l'hidròxid de sodi, l'energia d'enllaç Si-Si entre els àtoms de silici és només de 176 kJ/mol. L'enllaç Si-Si es trenca durant la reacció, que és relativament més fàcil de trencar. Des d'un punt de vista cinètic, la reacció és més fàcil de dur a terme.

▪ Reacció del diòxid de silici i l'hidròxid de sodi: L'energia d'enllaç Si-O entre els àtoms de silici i els àtoms d'oxigen en el diòxid de silici és de 460 kJ/mol, que és relativament alta. Es necessita més energia per trencar l'enllaç Si-O durant la reacció, per la qual cosa la reacció és relativament difícil i la velocitat de reacció és lenta.

Diferents mecanismes de reacció

▪ El silici reacciona amb l'hidròxid de sodi: El silici reacciona primer amb l'hidròxid de sodi reaccionant amb l'aigua per generar hidrogen i àcid silícic, i després l'àcid silícic reacciona amb l'hidròxid de sodi per generar silicat de sodi i aigua. Durant aquesta reacció, la reacció entre el silici i l'aigua allibera calor, que pot promoure el moviment molecular, creant així un millor entorn cinètic per a la reacció i accelerant la velocitat de reacció.

▪ El diòxid de silici reacciona amb l'hidròxid de sodi: el diòxid de silici reacciona primer amb l'hidròxid de sodi reaccionant amb l'aigua per generar àcid silícic, i després l'àcid silícic reacciona amb l'hidròxid de sodi per generar silicat de sodi. La reacció entre el diòxid de silici i l'aigua és extremadament lenta i el procés de reacció bàsicament no allibera calor. Des d'un punt de vista cinètic, no és propici per a una reacció ràpida.

Diferents estructures de materials

▪ Estructura de silici:Silicité una certa estructura cristal·lina i hi ha certs buits i interaccions relativament febles entre els àtoms, cosa que facilita que la solució d'hidròxid de sodi es posi en contacte i reaccioni amb els àtoms de silici.

▪ Estructura desilicidiòxid:siliciEl diòxid té una estructura de xarxa espacial estable.SiliciEls àtoms i els àtoms d'oxigen estan fortament units per enllaços covalents per formar una estructura cristal·lina dura i estable. És difícil que la solució d'hidròxid de sodi penetri al seu interior i entri en contacte completament amb els àtoms de silici, cosa que dificulta la reacció ràpida. Només els àtoms de silici a la superfície de les partícules de diòxid de silici poden reaccionar amb l'hidròxid de sodi, cosa que limita la velocitat de reacció.

Efecte de les condicions

▪ Reacció del silici amb hidròxid de sodi: En condicions d'escalfament, la velocitat de reacció del silici amb la solució d'hidròxid de sodi s'accelerarà significativament i la reacció generalment pot procedir sense problemes a altes temperatures.

▪ Reacció del diòxid de silici amb hidròxid de sodi: La reacció del diòxid de silici amb una solució d'hidròxid de sodi és molt lenta a temperatura ambient. Normalment, la velocitat de reacció millora en condicions dures, com ara altes temperatures i una solució concentrada d'hidròxid de sodi.