Por que a taxa de reação do Si e do NaOH é mais rápida que a do SiO2?

Por que a taxa de reação desilícioe o hidróxido de sódio pode superar o do dióxido de silício pode ser analisado pelos seguintes aspectos:

Diferença na energia da ligação química

▪ Reação de silício e hidróxido de sódio: Quando o silício reage com o hidróxido de sódio, a energia da ligação Si-Si entre os átomos de silício é de apenas 176 kJ/mol. A ligação Si-Si se rompe durante a reação, o que a torna relativamente mais fácil de romper. Do ponto de vista cinético, a reação é mais fácil de prosseguir.

▪ Reação de dióxido de silício e hidróxido de sódio: A energia da ligação Si-O entre os átomos de silício e os átomos de oxigênio no dióxido de silício é de 460 kJ/mol, o que é relativamente alto. A quebra da ligação Si-O durante a reação requer uma energia maior, o que a torna relativamente difícil de ocorrer e a velocidade da reação é lenta.

Diferentes mecanismos de reação

▪ O silício reage com o hidróxido de sódio: O silício reage com o hidróxido de sódio, primeiro reagindo com a água para gerar hidrogênio e ácido silícico, e depois o ácido silícico reage com o hidróxido de sódio para gerar silicato de sódio e água. Durante essa reação, a interação entre o silício e a água libera calor, o que pode promover o movimento molecular, criando um ambiente cinético mais favorável para a reação e acelerando a velocidade da reação.

▪ Dióxido de silício reage com hidróxido de sódio: O dióxido de silício reage com o hidróxido de sódio, primeiro reagindo com água para gerar ácido silícico, e depois o ácido silícico reage com o hidróxido de sódio para gerar silicato de sódio. A reação entre o dióxido de silício e a água é extremamente lenta, e o processo de reação basicamente não libera calor. Do ponto de vista cinético, não é propício para uma reação rápida.

Diferentes estruturas materiais

▪ Estrutura do silício:Silíciotem uma certa estrutura cristalina, e há certas lacunas e interações relativamente fracas entre os átomos, tornando mais fácil para a solução de hidróxido de sódio entrar em contato e reagir com átomos de silício.

▪ Estrutura desilíciodióxido:silícioo dióxido tem uma estrutura de rede espacial estável.SilícioOs átomos de silício e os átomos de oxigênio estão fortemente unidos por ligações covalentes para formar uma estrutura cristalina rígida e estável. É difícil para a solução de hidróxido de sódio penetrar em seu interior e entrar em contato total com os átomos de silício, dificultando uma reação rápida. Apenas os átomos de silício na superfície das partículas de dióxido de silício podem reagir com o hidróxido de sódio, limitando a velocidade da reação.

Efeito das condições

▪ Reação do silício com hidróxido de sódio: Sob condições de aquecimento, a taxa de reação do silício com a solução de hidróxido de sódio será significativamente acelerada, e a reação geralmente pode ocorrer suavemente em altas temperaturas.

▪ Reação do dióxido de silício com a solução de hidróxido de sódio: A reação do dióxido de silício com a solução de hidróxido de sódio é muito lenta à temperatura ambiente. Normalmente, a velocidade da reação é melhorada em condições adversas, como altas temperaturas e solução concentrada de hidróxido de sódio.