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,
Na+CH3 Cl longrightarrow NaCl+CH3
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
Na + CH3Cl longrightarrow NaCl + CH3
e observa que a probabilidade de reação depende de como a molécula de CH3Cl 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 CH3Cl importa.

Passo 2

Primeiro, identifique o mecanismo: o sódio abstrai o cloro de CH3Cl, formando NaCl 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 Na!-!Cl.

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
Na;;Cl;;C
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 CH3Cl porque ela tem um eixo bem definido (C–Cl) e distribuição eletrônica anisotrópica. Já o átomo de sódio, tendo orbital tipo s 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 Na!-!Cl!-!C, garantindo boa sobreposição eletrônica para a abstração de Cl. A orientação de Na não importa porque seu orbital s é esfericamente simétrico.

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