Mengapa laju reaksi Si dan NaOH lebih cepat daripada SiO2?

Mengapa laju reaksisilikondan natrium hidroksida dapat melampaui silikon dioksida dapat dianalisis dari aspek-aspek berikut:

Perbedaan energi ikatan kimia

▪ Reaksi silikon dan natrium hidroksida: Ketika silikon bereaksi dengan natrium hidroksida, energi ikatan Si-Si antara atom silikon hanya 176kJ/mol. Ikatan Si-Si putus selama reaksi berlangsung, yang relatif lebih mudah putus. Dari sudut pandang kinetik, reaksi lebih mudah berlangsung.

▪ Reaksi silikon dioksida dan natrium hidroksida: Energi ikatan Si-O antara atom silikon dan atom oksigen dalam silikon dioksida adalah 460kJ/mol, yang relatif tinggi. Diperlukan energi yang lebih tinggi untuk memutus ikatan Si-O selama reaksi berlangsung, sehingga reaksi relatif sulit terjadi dan laju reaksinya lambat.

Mekanisme reaksi yang berbeda

▪ Silikon bereaksi dengan natrium hidroksida: Silikon bereaksi dengan natrium hidroksida terlebih dahulu dengan bereaksi dengan air untuk menghasilkan hidrogen dan asam silikat, kemudian asam silikat bereaksi dengan natrium hidroksida untuk menghasilkan natrium silikat dan air. Selama reaksi ini, reaksi antara silikon dan air melepaskan panas, yang dapat meningkatkan gerakan molekuler, sehingga menciptakan lingkungan kinetik yang lebih baik untuk reaksi tersebut dan mempercepat laju reaksi.

▪ Silikon dioksida bereaksi dengan natrium hidroksida: Silikon dioksida bereaksi dengan natrium hidroksida terlebih dahulu dengan bereaksi dengan air untuk menghasilkan asam silikat, kemudian asam silikat bereaksi dengan natrium hidroksida untuk menghasilkan natrium silikat. Reaksi antara silikon dioksida dan air berlangsung sangat lambat, dan proses reaksi pada dasarnya tidak melepaskan panas. Dari sudut pandang kinetik, reaksi ini tidak menghasilkan reaksi yang cepat.

Struktur material yang berbeda

▪ Struktur silikon:silikonmemiliki struktur kristal tertentu, dan terdapat celah tertentu serta interaksi yang relatif lemah antara atom-atom, sehingga larutan natrium hidroksida lebih mudah bersentuhan dan bereaksi dengan atom-atom silikon.

▪ Struktursilikondioksida:silikondioksida memiliki struktur jaringan spasial yang stabil.silikonAtom-atom dan atom-atom oksigen terikat erat oleh ikatan kovalen untuk membentuk struktur kristal yang keras dan stabil. Larutan natrium hidroksida sulit menembus ke bagian dalamnya dan sepenuhnya bersentuhan dengan atom-atom silikon, sehingga menyulitkan reaksi yang cepat. Hanya atom-atom silikon pada permukaan partikel silikon dioksida yang dapat bereaksi dengan natrium hidroksida, sehingga membatasi laju reaksi.

Pengaruh kondisi

▪ Reaksi silikon dengan natrium hidroksida: Dalam kondisi pemanasan, laju reaksi silikon dengan larutan natrium hidroksida akan dipercepat secara signifikan, dan reaksi secara umum dapat berjalan lancar pada suhu tinggi.

▪ Reaksi silikon dioksida dengan natrium hidroksida: Reaksi silikon dioksida dengan larutan natrium hidroksida sangat lambat pada suhu kamar. Biasanya, laju reaksi akan meningkat dalam kondisi yang keras seperti suhu tinggi dan larutan natrium hidroksida pekat.