13.30 Por que são raras as reações trimoleculares?
Passo 1
O enunciado pergunta por que reações elementares que envolvem colisão simultânea de três moléculas (as chamadas reações termomoleculares) são muito raras. O conteúdo envolve a teoria de colisões e a probabilidade de encontros moleculares em um fluido.
Passo 2
Na teoria de colisões, a frequência de colisões entre duas espécies
e
por unidade de tempo num volume
é dada por
onde
é o número de moléculas de
,
é a seção de choque e
a velocidade relativa média.
Passo 3
Para ocorrer uma colisão termomolecular direta entre
,
e
, é preciso que duas colisões bimoleculares ocorram quase simultaneamente num intervalo de tempo muito curto
. A probabilidade de uma colisão
em
é aproximadamente
e, independentemente, a de
é
. Assim, a probabilidade de as três moléculas se encontrarem simultaneamente é
e como
é da ordem de
, esse
torna-se extremamente pequeno.
Passo 4
Devido a essa probabilidade quase nula de colisão tripla direta, reações aparentes termomoleculares ocorrem na prática por dois passos bimoleculares: primeiro forma-se um complexo ativado
, depois ele é estabilizado por colisão com
(terceiro corpo). Esses mecanismos em série têm muito mais chance de acontecer.
Resposta
Reações termomoleculares são raras porque a probabilidade de três moléculas colidirem simultaneamente com energia e orientação adequadas num intervalo de tempo extremamente curto é desprezível; na prática, elas ocorrem via etapas bimoleculares assistidas por um terceiro corpo.