30.9: No todas las reacciones químicas en fase gaseosa son reacciones de rebote

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Reacciones de Desmontaje

En el apartado anterior demostramos que la reacción

\[\ce{D_2(g) + F(g) -> DF(g) + D(g)} \nonumber \]

es una reacción de rebote porque la gran mayoría de\(\ce{DF}\) las moléculas rebotan de la colisión con la\(\ce{D2}\) espalda hacia la dirección general de donde provienen. En esta sección veremos las reacciones de extracción, reacciones en las que la mayoría de las moléculas del producto continúan avanzando después de la colisión en la misma dirección en la que iban las moléculas precursoras reaccionantes.

En las reacciones de extracción, la sección transversal experimental de colisión de esfera dura generalmente se encuentra que es mayor que la estimación teórica. La sección transversal experimental es tan grande que sería posible que dos partículas permanezcan dentro del área de colisión y, sin embargo, pasen una junto a la otra sin colisionar. Se ha determinado experimentalmente que se produce una transferencia de electrones entre las dos partículas antes de que colisionen. Los iones resultantes son luego atraídos uno hacia el otro debido al potencial de Coulomb creado por las cargas opuestas. Una de esas reacciones implica\(\ce{K(g)}\) y\(\ce{I2(g)}\). El mecanismo es:

\[ \begin{align} \ce{K(g) + I_2(g)} & \ce{->} \ce{K^+(g)} + \ce{I_2^{-}(g)} \tag{step 1} \\[4pt] \ce{K^+(g) + I_2^{-}(g)} &\ce{->} \ce{KI(g)} + \ce{I(g)} \tag{step 2} \end{align} \]

Después de la colisión, la\(\ce{KI}\) molécula se mueve en la misma dirección general que el\(\ce{K}\) átomo entrante.

Intermedios Meta-estables

Existen otras reacciones de colisión bimoleculares en fase gaseosa en las que las moléculas del producto se dispersan en ambas direcciones hacia adelante y hacia atrás después de la reacción. No hay explicación para este tipo de patrones de dispersión post-colisión si insistimos en usar un modelo simple de colisión de esfera dura. Sin embargo, si las partículas colisionantes forman una estructura de molécula de átomo único que dura lo suficiente para que la estructura experimente muchas rotaciones antes de dividirse en productos, es razonable que los productos recién formados se dispersen en la dirección hacia adelante y hacia atrás.

El descubrimiento de estos diversos tipos de reacción fue posible gracias al desarrollo y uso de los instrumentos de haz molecular cruzado descritos en la Sección 30.6.