Suporte ao foco central HL/SL. Primeira avaliação 2025; breve atual adquirido; guia completo de Química não adquirido. Guia restante, avaliação e requisitos práticos mantêm seus bloqueios registrados.
Pré-requisitos: ligação covalente em Estrutura 2.2 e estrutura de alcanos em Estrutura 3.2. Cada aula desenvolve seu próprio método antes da transferência independente.
Estes são exemplos didáticos originais ou explicitamente fictícios, não medições reais ou investigações avaliadas concluídas por aprendizes.
Metano e cloro são misturados no escuro e nada acontece; a mesma mistura na luz do sol reage imediatamente, e o produto nunca é puramente clorometano — ele sempre carrega moléculas com substituições adicionais. Por quê?
Comece com uma previsão. Especifique as quantidades ou características que você compararia, depois decida quais evidências poderiam distinguir duas explicações.
Construa o modelo
Uma ligação covalente pode romper-se por fissão homolítica: o par compartilhado divide-se de modo que cada átomo fica com um elétron, formando dois radicais livres — átomos ou grupos com um elétron desemparelhado, representados com um ponto, como Cl•. Uma seta unidirecional (de anzol) mostra UM elétron se movendo.
A substituição radicalar ocorre como uma cadeia: iniciação (luz UV divide Cl₂ em dois Cl•), propagação (um radical forma um produto e outro radical: CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, então •CH₃ + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•), e terminação (dois radicais se unem, encerrando a cadeia).
fissão homolítica: Rompimento de ligação que dá a cada átomo um elétron do par compartilhado; radical livre: Espécie com um elétron desemparelhado, altamente reativa; iniciação: Etapa que produz inicialmente radicais; propagação: Etapa de cadeia que consome um radical e produz outro; terminação: Etapa que remove radicais ao unir dois deles.
Escolha evidências que possam testá-lo
A reação precisa de luz UV ou calor para começar, mas depois continua sozinha — evidência de uma cadeia em que cada etapa regenera um radical. Traços de etano entre os produtos mostram que dois radicais •CH₃ se uniram em uma etapa de terminação.
Uma mistura de CH₃Cl, CH₂Cl₂, CHCl₃ e CCl₄ forma-se porque o produto ainda possui ligações C–H abertas para propagações adicionais; a pureza de substituição única é evidência contra uma rota controlada não-cadeia.
Trabalhe a partir de quantidades conhecidas
Indique os valores conhecidos e suas unidades. Escolha a relação porque suas premissas se adequam a este caso, então reorganize antes de substituir.
Conhecido: as entalpias de ligação são Cl–Cl 242 kJ/mol e C–H 413 kJ/mol. O rompimento de ligações é endotérmico, portanto a ligação mais fraca rompe primeiro. Comparando as duas: 413 − 242 = 171 kJ/mol menos energia rompe Cl–Cl, o que explica por que a UV inicia a cadeia dividindo o cloro em vez do metano.
Exemplo:
A entalpia da ligação H–Cl é 431 kJ/mol e a ligação C–Cl em CH₃Cl é 339 kJ/mol. Para a etapa de propagação CH₄ + Cl• → •CH₃ + HCl, estime a variação de energia usando a mesma sequência: quantidades conhecidas → modelo → relação → substituição → unidade e interpretação. (Resposta: rompa C–H (+413), forme H–Cl (−431): ΔH ≈ 413 − 431 = −18 kJ/mol — ligeiramente exotérmica, portanto a etapa prossegue prontamente assim que existem radicais.)
Verifique a conclusão e seus limites
As entalpias de ligação são médias medidas sobre muitos compostos, então uma estimativa baseada nelas é aproximada, não exata. O modelo de cadeia para esta reação explica o início por UV e a mistura de produtos; ele não descreve reagentes polares, onde mecanismos heterolíticos (parelha de elétrons) aplicam-se em vez disso — o modelo da próxima aula.
Retorne à observação original. Explique o que o resultado apoia, quais condições ele assume e uma maneira de testar uma explicação concorrente.
Atenção:
Em uma substituição radicalar, todo átomo de cloro acaba sendo substituído em uma molécula de metano. Esta afirmação é falsa: a terminação une radicais entre si (Cl• + Cl• → Cl₂, ou dois •CH₃ → C₂H₆), e a propagação continua substituindo os produtos, então o resultado é sempre uma mistura.
Chave:
Reações de compartilhamento de elétrons: a fissão homolítica divide um par compartilhado um elétron em cada sentido, gerando radicais; setas de anzol acompanham elétrons únicos. Cadeias de substituição radicalar passam por iniciação, propagação e terminação, o que explica o gatilho por UV e a mistura de produtos.
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