12.13 (a) Dê as fórmulas e as acidez relativas prováveis do ácido perbrômico e do ácido periódico. (b) Qual é o mais estável?

Passo 1

Vou listar claramente o que o enunciado pede e quais informações precisamos fornecer.
  • O enunciado pede duas coisas:
    (a) Dar as fórmulas dos dois ácidos (ácido perbrômico e ácido periódico) e dizer qual deles é mais ácido (acidez relativa provável).
    (b) Dizer qual deles é mais estável.
  • Informações dadas (implícitas pelo enunciado):
    • Trata-se de dois oxiácidos de halogênios no seu máximo estado de oxidação (Br e I com muitos oxigênios).
    • Precisamos comparar força ácida e estabilidade entre eles.

Passo 2

Escrever as fórmulas e lembrar as formas possíveis (isto é informação essencial para a comparação).
  • A fórmula do ácido perbrômico é \mathrm{HBrO_4} (o ânion conjugado é \mathrm{BrO_4^-}, perbromato).
  • O “ácido periódico” pode aparecer em duas formas comumente mencionadas:
    • metaperiodic: \mathrm{HIO_4} (ânion \mathrm{IO_4^-}, periodato metaperiodato),
    • ortoperiodic: \mathrm{H_5IO_6} (forma hidratada/ortoperiodato); para comparar acidez costuma-se usar a unidade básica \mathrm{HIO_4}.
      Vou trabalhar com \mathrm{HIO_4} como representante do “ácido periódico”.

Passo 3

Princípios gerais que vou usar para comparar acidez — explicação didática do conceito.
  • Definição útil: um ácido \mathrm{HA} é mais forte quanto mais favorecida for a dissociação
    \mathrm{HA} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{A^-}.
    Ou seja: quanto mais estável for o ânion conjugado \mathrm{A^-}, mais forte será o ácido.
  • Dois fatores-chave para estabilidade do ânion conjugado em oxiácidos \mathrm{HOXO_n}:
    1. Deslocalização/ressonância sobre os oxigênios: quando o negativo pode ser espalhado por vários oxigênios, isso estabiliza \mathrm{A^-}.
    2. Efeito indutivo do átomo central X: quanto mais eletronegativo for X, mais ele puxa densidade eletrônica para si, ajudando a estabilizar a carga negativa no anião por efeito indutivo; isso torna o ácido mais forte.
  • Outro ponto: o número de oxigênios ligados ao X aumenta a acidez (mais O = maior retirada de densidade), mas aqui os dois ácidos têm o mesmo número de oxigênios formais (quatro oxigênios ao redor: \mathrm{XO_4^-}), então esse efeito é igual para ambos.

Passo 4

Aplicar os princípios aos dois casos concretos — comparar \mathrm{HBrO_4} e \mathrm{HIO_4}.
  • Ambos são ácidos do tipo \mathrm{H XO_4} com X em alto estado de oxidação (+7): portanto ambos têm ressonância importante nos oxigênios e número de oxigênios igual — isso já nivela parte da comparação.
  • Resta comparar o efeito indutivo/electronegatividade do átomo central:
    • Bromo é mais eletronegativo que iodo (em uma escala qualitativa: \chi(\mathrm{Br})>\chi(\mathrm{I})).
    • Como \mathrm{Br} puxa mais densidade eletrônica para si do que \mathrm{I}, o ânion \mathrm{BrO_4^-} fica melhor estabilizado por efeito indutivo do que \mathrm{IO_4^-}.
  • Conclusão ácida: portanto \mathrm{HBrO_4} tende a ser o ácido mais forte; em símbolos: \mathrm{HBrO_4} \;>\; \mathrm{HIO_4}\quad\text{(acidez)}.
  • Observação adicional (didática): embora iodo seja maior e mais polarizável (o que às vezes ajuda a estabilizar cargas por dispersão), neste caso o efeito de maior eletronegatividade do bromo domina a comparação entre oxiácidos com o mesmo esqueleto \mathrm{XO_4}.

Passo 5

Discutir a estabilidade (o que “mais estável” pode significar) e decidir qual ácido é mais estável na prática.
  • “Mais estável” pode significar várias coisas: estabilidade do ácido isolado (capacidade de existir sem decompor), estabilidade do ânion conjugado, ou resistência à redução/decomposição. Vou explicar cada um brevemente e então dar a conclusão prática:
    1. Estabilidade do ânion conjugado: já argumentamos que \mathrm{BrO_4^-} é melhor estabilizado por efeito indutivo, então como ânion conjugado ele é relativamente mais estabilizado que \mathrm{IO_4^-}.
    2. Estabilidade do ácido isolado na prática: compostos de iodo em alto estado de oxidação (periodatos) costumam ser isoláveis como sais e o ácido periódico pode ser encontrado na forma hidratada \mathrm{H_5IO_6}, que é relativamente estável em condições comuns. O ácido perbrômico \mathrm{HBrO_4} é mais raro, é um forte agente oxidante e tende a ser menos estável isoladamente (mais propenso a decomposição ou a reagir).
    3. Tendência química: perbromato ( \mathrm{BrO_4^-}) e perbromic são potentes oxidantes e, em solução, podem ser menos estáveis que os correspondentes periodatos em termos de vida útil experimental.
  • Conclusão sobre “mais estável”: se a pergunta quer saber qual âmido/íon conjugado é mais estabilizado eletronicamente, então \mathrm{BrO_4^-} é mais estabilizado (favorendo maior acidez de \mathrm{HBrO_4}). Se a pergunta quer saber qual ácido é mais fácil de isolar/manusear e mais resistente à decomposição, o ácido periódico (especialmente na forma \mathrm{H_5IO_6}) é, na prática experimental, o mais estável.
    — Vou dar a resposta prática que costuma ser esperada em química comparativa: \mathrm{HBrO_4} é o mais ácido, mas \mathrm{HIO_4} (ou sua forma hidratada \mathrm{H_5IO_6}) é mais estável como substância isolada.

Passo 6

Resumo final e dicas rápidas para uma prova (como reconhecer rapidamente o caso).
  • Regra rápida para provar: quando dois oxiácidos têm o mesmo número de oxigênios e mesmo estado de oxidação do central, quem for mais eletronegativo no centro → ácido mais forte.
  • Para estabilidade experimental, verificar se o composto é conhecido e isolável (periodatos são compostos frequentemente isoláveis; perbromic em forma livre é mais raro e agressivo).

Resposta

(a) Fórmulas: ácido perbrômico \mathrm{HBrO_4}; ácido periódico (representativo) \mathrm{HIO_4} (também ocorre como \mathrm{H_5IO_6}).
(a) Acidez relativa provável: \mathrm{HBrO_4} é mais ácido que \mathrm{HIO_4}.
(b) Mais estável (praticamente/como substância isolada): \mathrm{HIO_4} (ou \mathrm{H_5IO_6}) é, em geral, mais estável; \mathrm{HBrO_4} é mais raro e mais propenso à decomposição.

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