Zašto je brzina reakcije Si i NaOH brža od SiO2?

Zašto je brzina reakcijesiliciji natrijev hidroksid može nadmašiti onaj silicijevog dioksida može se analizirati sa sljedećih aspekata:

Razlika u energiji kemijske veze

▪ Reakcija silicija i natrijevog hidroksida: Kada silicij reagira s natrijevim hidroksidom, energija Si-Si veze između atoma silicija iznosi samo 176 kJ/mol. Si-Si veza se prekida tijekom reakcije, što je relativno lakše prekinuti. S kinetičkog gledišta, reakcija se lakše odvija.

▪ Reakcija silicijevog dioksida i natrijevog hidroksida: Energija Si-O veze između atoma silicija i atoma kisika u silicijevom dioksidu iznosi 460 kJ/mol, što je relativno visoko. Potrebna je veća energija za prekid Si-O veze tijekom reakcije, pa je reakcija relativno teška i brzina reakcije je spora.

Različiti mehanizmi reakcije

▪ Silicij reagira s natrijevim hidroksidom: Silicij prvo reagira s natrijevim hidroksidom reagirajući s vodom stvarajući vodik i silicijevu kiselinu, a zatim silicijeva kiselina reagira s natrijevim hidroksidom stvarajući natrijev silikat i vodu. Tijekom 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.

▪ Silicijev dioksid reagira s natrijevim hidroksidom: Silicijev dioksid prvo reagira s natrijevim hidroksidom reagirajući s vodom stvarajući silicijevu kiselinu, a zatim silicijeva kiselina reagira s natrijevim hidroksidom stvarajući natrijev silikat. Reakcija između silicijevog dioksida i vode je izuzetno spora i proces reakcije u osnovi ne oslobađa toplinu. S kinetičkog gledišta, ne pogoduje brzoj reakciji.

Različite materijalne strukture

▪ Silicijska struktura:Silicijima određenu kristalnu strukturu, a postoje određene praznine i relativno slabe interakcije između atoma, što otopini natrijevog hidroksida olakšava kontakt i reakciju s atomima silicija.

▪ Strukturasilicijdioksid:silicijdioksid ima stabilnu prostornu mrežnu strukturu.SilicijAtomi silicija i atomi kisika čvrsto su povezani kovalentnim vezama tvoreći tvrdu i stabilnu kristalnu strukturu. Otopini natrijevog hidroksida teško je prodrijeti u njegovu unutrašnjost i potpuno doći u kontakt s atomima silicija, što rezultira poteškoćama u brzoj reakciji. Samo atomi silicija na površini čestica silicijevog dioksida mogu reagirati s natrijevim hidroksidom, što ograničava brzinu reakcije.

Učinak uvjeta

▪ Reakcija silicija s natrijevim hidroksidom: Pod uvjetima zagrijavanja, brzina reakcije silicija s otopinom natrijevog hidroksida značajno će se ubrzati, a reakcija općenito može glatko teći na visokim temperaturama.

▪ Reakcija silicijevog dioksida s natrijevim hidroksidom: Reakcija silicijevog dioksida s otopinom natrijevog hidroksida vrlo je spora na sobnoj temperaturi. Obično se brzina reakcije poboljšava u teškim uvjetima poput visoke temperature i koncentrirane otopine natrijevog hidroksida.