Enlace químico y geometría molecular

• $\text{H}\ (Z = 1)$: $1s^1$ → 1 electrón (forma un enlace).
• $\text{C}\ (Z = 6)$: $1s^2\,2s^2\,2p^2$ → 4 electrones de valencia.
• $\text{O}\ (Z = 8)$: $1s^2\,2s^2\,2p^4$ → 6.
• $\text{F}\ (Z = 9)$: $1s^2\,2s^2\,2p^5$ → 7.
• $\text{P}\ (Z = 15)$: $[\text{Ne}]\,3s^2\,3p^3$ → 5.
• $\text{Br}\ (Z = 35)$: $[\text{Ar}]\,3d^{10}\,4s^2\,4p^5$ → 7.

• $\text{CH}_3\text{Br}$: el carbono forma cuatro enlaces $\sigma$ y no tiene pares solitarios. Necesita cuatro orbitales equivalentes dirigidos a los vértices de un tetraedro: combina su orbital $2s$ con los tres $2p$ y forma cuatro híbridos $sp^3$.
• $\text{PH}_3$: el fósforo tiene cuatro pares a su alrededor (tres enlazantes y uno solitario). Se describe con cuatro híbridos $sp^3$ ($3s + 3\cdot 3p$): tres solapan con el $1s$ de cada H y el cuarto aloja el par solitario.

• $\text{CF}_4$: los cuatro flúor ocupan los vértices de un tetraedro regular, con el carbono en el centro y ángulos $\text{F–C–F}$ de $109{,}5^\circ$.
• $\text{CH}_3\text{Br}$: también hay cuatro pares enlazantes, así que la geometría es tetraédrica; pero como uno de los sustituyentes (Br) es distinto de los otros tres (H), el tetraedro no es regular y los ángulos se apartan ligeramente de $109{,}5^\circ$.

• $\text{CF}_4$: los enlaces $\text{C–F}$ son muy polares (el F es el elemento más electronegativo), pero los cuatro dipolos, iguales y dirigidos a los vértices del tetraedro regular, se anulan: apolar.
• $\text{CH}_3\text{Br}$: el enlace $\text{C–Br}$ es polar (el Br es más electronegativo que el C) y los $\text{C–H}$ apenas lo son. Los dipolos no se compensan: polar.
• $\text{H}_2\text{O}$: geometría angular (dos pares enlazantes y dos solitarios, unos $104{,}5^\circ$); los dos dipolos $\text{O–H}$, muy polares, se suman: polar.
• $\text{PH}_3$: geometría de pirámide trigonal (tres pares enlazantes y uno solitario). Los enlaces $\text{P–H}$ son casi apolares (P y H tienen electronegatividades parecidas), pero la forma piramidal y el par solitario hacen que la molécula no sea simétrica: polar, aunque poco.

• $\text{H}_2\text{O}$: tiene H unidos a O y dos pares solitarios en el O. Sí forma enlaces de hidrógeno con el agua (como dador y como aceptor).
• $\text{CH}_3\text{Br}$ y $\text{PH}_3$: sus H están unidos a C y a P, poco electronegativos, y no tienen átomos de O ni N que acepten el H del agua. No.
• $\text{CF}_4$: no tiene hidrógenos, y sus flúor, unidos al carbono en una molécula apolar, no actúan como aceptores apreciables. No (de hecho es prácticamente insoluble en agua).

En d) no confundas enlace polar con molécula polar: el $\text{CF}_4$ tiene los enlaces más polares de todo el ejercicio y, sin embargo, es apolar, porque el tetraedro regular anula los dipolos.

En b) cuenta también los pares solitarios: el fósforo del $\text{PH}_3$ solo forma tres enlaces, pero tiene cuatro pares a su alrededor, y por eso su hibridación es $sp^3$ y no $sp^2$.