Zakaj je reakcijska hitrost Si in NaOH hitrejša kot SiO2?

Zakaj je hitrost reakcijesilicijin natrijev hidroksid lahko preseže silicijev dioksid, kar je mogoče analizirati z naslednjih vidikov:

Razlika v energiji kemijske vezi

▪ Reakcija silicija in natrijevega hidroksida: Ko silicij reagira z natrijevim hidroksidom, je energija vezi Si-Si med atomi silicija le 176 kJ/mol. Vez Si-Si se med reakcijo pretrga, kar je relativno lažje. S kinetičnega vidika reakcija lažje poteka.

▪ Reakcija silicijevega dioksida in natrijevega hidroksida: Energija vezi Si-O med atomi silicija in atomi kisika v silicijevem dioksidu je 460 kJ/mol, kar je relativno veliko. Za prekinitev vezi Si-O med reakcijo je potrebna večja energija, zato je reakcija relativno težka in hitrost reakcije počasna.

Različni reakcijski mehanizmi

▪ Silicij reagira z natrijevim hidroksidom: Silicij najprej reagira z natrijevim hidroksidom z vodo, pri čemer nastane vodik in silicijeva kislina, nato pa silicijeva kislina reagira z natrijevim hidroksidom, pri čemer nastane natrijev silikat in voda. Med to reakcijo se sprošča toplota med silicijem in vodo, ki lahko spodbudi molekularno gibanje, s čimer se ustvari boljše kinetično okolje za reakcijo in pospeši hitrost reakcije.

▪ Silicijev dioksid reagira z natrijevim hidroksidom: Silicijev dioksid najprej reagira z natrijevim hidroksidom z vodo, pri čemer nastane silicijeva kislina, nato pa silicijeva kislina reagira z natrijevim hidroksidom, pri čemer nastane natrijev silikat. Reakcija med silicijevim dioksidom in vodo je izjemno počasna in v bistvu ne sprošča toplote. S kinetičnega vidika ne vodi do hitre reakcije.

Različne materialne strukture

▪ Silicijeva struktura:Silicijima določeno kristalno strukturo, med atomi pa obstajajo določene vrzeli in relativno šibke interakcije, zaradi česar raztopina natrijevega hidroksida lažje pride v stik in reagira z atomi silicija.

▪ Strukturasilicijdioksid:silicijdioksid ima stabilno prostorsko mrežno strukturo.SilicijAtomi silicija in atomi kisika so tesno povezani s kovalentnimi vezmi in tvorijo trdo in stabilno kristalno strukturo. Raztopini natrijevega hidroksida je težko prodreti v notranjost in se popolnoma dotakniti atomov silicija, kar otežuje hitro reakcijo. Z natrijevim hidroksidom lahko reagirajo le atomi silicija na površini delcev silicijevega dioksida, kar omejuje hitrost reakcije.

Vpliv pogojev

▪ Reakcija silicija z natrijevim hidroksidom: Pri segrevanju se hitrost reakcije silicija z raztopino natrijevega hidroksida znatno pospeši in reakcija lahko pri visokih temperaturah običajno poteka gladko.

▪ Reakcija silicijevega dioksida z natrijevim hidroksidom: Reakcija silicijevega dioksida z raztopino natrijevega hidroksida je pri sobni temperaturi zelo počasna. Običajno se hitrost reakcije izboljša v težkih pogojih, kot sta visoka temperatura in koncentrirana raztopina natrijevega hidroksida.