Cientistas usam “feixes moleculares” bem focalizados de átomos e moléculas na fase gasosa em sistemas de 'alto vácuo para estudar processos químicos em uma etapa. Na reação entre feixes moleculares na fase gasosa de átomos de sódio e moléculas de cloreto de metila para formar cloreto de sódio e radical metila,
a probabilidade de reação depende da orientação da molécula de cloreto de metila com relação ao átomo de sódio. Sugira uma possível geometria de interação para explicar este resultado. Por que a probabilidade de reação não depende da orientação do outro reagente?
Passo 1
O enunciado trata da reação gasosa em feixes moleculares
e observa que a probabilidade de reação depende de como a molécula de
está orientada em relação ao átomo de sódio. O conteúdo envolvido é colisão dirigida e abstração de átomo, e vamos usar conceitos de simetria molecular e teoria de colisões para explicar por que só a orientação de
importa.
Passo 2
Primeiro, identifique o mecanismo: o sódio abstrai o cloro de
, formando
e deixando o radical metila. Para que isso ocorra eficientemente, o átomo de sódio deve colidir com a extremidade onde está o átomo de cloro, pois ali há maior densidade eletrônica negativa facilitando a formação da ligação
.
Passo 3
A geometria mais favorável é um ataque colinear ao longo do eixo da ligação C–Cl, ou seja, o átomo de sódio aproxima-se em linha reta com o átomo de cloro, de modo que a sequência dos átomos seja
durante a colisão. Essa orientação maximiza a sobreposição eletrônica para a abstração de cloro.
Passo 4
Essa dependência de orientação só aparece para a molécula de
porque ela tem um eixo bem definido (C–Cl) e distribuição eletrônica anisotrópica. Já o átomo de sódio, tendo orbital tipo
esfericamente simétrico, não tem “face” ou “eixo” preferencial de ataque, então sua orientação no espaço não altera a probabilidade de colidir produtivamente.
Resposta
A geometria de interação é um ataque colinear de Na ao longo do eixo C–Cl, com a disposição
, garantindo boa sobreposição eletrônica para a abstração de Cl. A orientação de Na não importa porque seu orbital
é esfericamente simétrico.