Perché la velocità di reazione di Si e NaOH è più veloce di SiO2?

Perché la velocità di reazione disilicioe l'idrossido di sodio può superare quello del biossido di silicio può essere analizzato dai seguenti aspetti:

Differenza nell'energia del legame chimico

▪ Reazione tra silicio e idrossido di sodio: quando il silicio reagisce con l'idrossido di sodio, l'energia del legame Si-Si tra gli atomi di silicio è di soli 176 kJ/mol. Il legame Si-Si si rompe durante la reazione, che è relativamente più facile da rompere. Da un punto di vista cinetico, la reazione è più facile da procedere.

▪ Reazione tra biossido di silicio e idrossido di sodio: l'energia del legame Si-O tra atomi di silicio e atomi di ossigeno nel biossido di silicio è di 460 kJ/mol, un valore relativamente elevato. È necessaria un'energia maggiore per rompere il legame Si-O durante la reazione, quindi la reazione è relativamente difficile da realizzare e la velocità di reazione è lenta.

Diversi meccanismi di reazione

▪ Il silicio reagisce con l'idrossido di sodio: il silicio reagisce prima con l'idrossido di sodio reagendo con l'acqua per generare idrogeno e acido silicico, quindi l'acido silicico reagisce con l'idrossido di sodio per generare silicato di sodio e acqua. Durante questa reazione, la reazione tra silicio e acqua rilascia calore, che può favorire il movimento molecolare, creando così un ambiente cinetico migliore per la reazione e accelerandone la velocità.

▪ Il biossido di silicio reagisce con l'idrossido di sodio: il biossido di silicio reagisce prima con l'idrossido di sodio reagendo con l'acqua per generare acido silicico, quindi l'acido silicico reagisce con l'idrossido di sodio per generare silicato di sodio. La reazione tra biossido di silicio e acqua è estremamente lenta e il processo di reazione sostanzialmente non rilascia calore. Da un punto di vista cinetico, non favorisce una reazione rapida.

Diverse strutture materiali

▪ Struttura del silicio:Silicioha una certa struttura cristallina e sono presenti determinati spazi vuoti e interazioni relativamente deboli tra gli atomi, che facilitano il contatto e la reazione della soluzione di idrossido di sodio con gli atomi di silicio.

▪ Struttura disiliciodiossido:siliciol'anidride carbonica ha una struttura di rete spaziale stabile.SilicioGli atomi di idrossido di sodio e gli atomi di ossigeno sono strettamente legati da legami covalenti per formare una struttura cristallina dura e stabile. È difficile per la soluzione di idrossido di sodio penetrare al suo interno e raggiungere completamente gli atomi di silicio, con conseguente difficoltà nella reazione rapida. Solo gli atomi di silicio sulla superficie delle particelle di biossido di silicio possono reagire con l'idrossido di sodio, limitando la velocità di reazione.

Effetto delle condizioni

▪ Reazione del silicio con l'idrossido di sodio: in condizioni di riscaldamento, la velocità di reazione del silicio con la soluzione di idrossido di sodio verrà accelerata in modo significativo e la reazione può generalmente procedere senza intoppi ad alte temperature.

▪ Reazione del biossido di silicio con idrossido di sodio: la reazione del biossido di silicio con la soluzione di idrossido di sodio è molto lenta a temperatura ambiente. Solitamente, la velocità di reazione migliora in condizioni difficili, come ad alta temperatura e in presenza di una soluzione concentrata di idrossido di sodio.