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SolucionesCloración del metano

1. Etapas del mecanismo

Clasifica cada etapa como iniciación, propagación o terminación:

  1. Cl2 → 2 Cl·
  2. Cl· + CH4 → CH3· + HCl
  3. CH3· + Cl2 → CH3Cl + Cl·
  4. CH3· + Cl· → CH3Cl
  5. 2 CH3· → CH3CH3
  1. Iniciación.
  2. Propagación.
  3. Propagación.
  4. Terminación.
  5. Terminación.

En la propagación se consume un radical y se forma otro, por lo que la cadena continúa; en la terminación dos radicales se unen y la cadena se detiene.

2. Calcula el ΔH°

Con las energías de enlace C–H (105), Cl–Cl (58), C–Cl (85) y H–Cl (103 kcal/mol), calcula el ΔH° de cada etapa de propagación y el de la reacción global.

Cl· + CH4 → CH3· + HCl: ΔH° = 105 − 103 = +2 kcal/mol.

CH3· + Cl2 → CH3Cl + Cl·: ΔH° = 58 − 85 = −27 kcal/mol.

Global: ΔH° = +2 − 27 = −25 kcal/mol.

3. Exotérmica pero no espontánea

Si la reacción es exotérmica, ¿por qué una mezcla de metano y cloro puede guardarse días sin reaccionar?

Porque para empezar hay que romper el enlace Cl–Cl (58 kcal/mol) y formar los primeros radicales, y eso solo ocurre con luz o calor. Sin esa iniciación no hay radicales y la reacción no arranca: el problema es cinético, no termodinámico.

4. Estado de transición e intermedio

En el diagrama de energía de la cloración del metano, ¿qué diferencia hay entre un estado de transición y un intermedio reactivo? Pon un ejemplo de cada uno.

Un estado de transición es un máximo de energía en el que los enlaces se están rompiendo y formando; no puede aislarse (por ejemplo, [H3C···H···Cl]‡). Un intermedio reactivo es un mínimo local, una especie de energía elevada pero con existencia propia, como el radical metilo, CH3·.

5. ¿Y con bromo?

Las energías de enlace Br–Br, C–Br y H–Br son 46, 70 y 88 kcal/mol. Calcula el ΔH° de la bromación del metano y el de su primera etapa de propagación. ¿Qué esperas de su velocidad?

Global: (105 + 46) − (70 + 88) = −7 kcal/mol, mucho menos exotérmica. Primera propagación: Br· + CH4 → CH3· + HBr, ΔH° = 105 − 88 = +17 kcal/mol.

Esa etapa tan endotérmica hace que la bromación sea mucho más lenta y más selectiva que la cloración.

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