Ejercicio resuelto de Química · 2025

Considerando la molécula de tetrafluoruro de carbono, $\text{CF}_4$:

a) [1 punto] Justifique el tipo de hibridación que presenta el átomo de carbono.

b) [1 punto] Justifique la polaridad de los enlaces y de la molécula.

c) [0,5 puntos] Razone si es soluble en agua.

$\textbf{a) [1 punto] Justifique el tipo de hibridación que presenta el átomo de carbono.}$

Escribimos la configuración electrónica del carbono y la del flúor:

$\mathrm{C}\ (Z=6):\ 1s^2\,2s^2\,2p^2 \qquad \mathrm{F}\ (Z=9):\ 1s^2\,2s^2\,2p^5$

El carbono tiene cuatro electrones de valencia y forma cuatro enlaces simples con cuatro átomos de flúor, todos equivalentes. Para ello promociona un electrón del orbital $2s$ al $2p$ vacío y combina el orbital $2s$ con los tres $2p$:

$2s^1\,2p^3 \longrightarrow 4\ \text{orbitales híbridos } sp^3$

La hibridación es $sp^3$: cuatro orbitales idénticos dirigidos hacia los vértices de un tetraedro, con ángulos de 109,5°, que es lo que explica que los cuatro enlaces C-F sean iguales.

$\textbf{b) [1 punto] Justifique la polaridad de los enlaces y de la molécula.}$

El flúor es el elemento más electronegativo de la tabla periódica y el carbono tiene una electronegatividad bastante menor, de modo que la diferencia es grande: cada enlace C-F está muy polarizado, con la densidad electrónica desplazada hacia el flúor. Los cuatro enlaces son, por tanto, polares.

La polaridad de la molécula, en cambio, es la suma vectorial de esos cuatro momentos dipolares. Como la geometría es tetraédrica y los cuatro enlaces son idénticos, los cuatro vectores se compensan exactamente:

$\vec\mu_{\text{total}} = \vec\mu_1 + \vec\mu_2 + \vec\mu_3 + \vec\mu_4 = \vec 0$

La molécula de $\mathrm{CF_4}$ es apolar aunque sus enlaces sean polares: es el mismo caso que el $\mathrm{CH_4}$ o el $\mathrm{CO_2}$.

$\textbf{c) [0,5 puntos] Razone si es soluble en agua.}$

El agua es una molécula polar que forma enlaces de hidrógeno, y disuelve bien a las sustancias polares o capaces de asociarse con ella (lo semejante disuelve a lo semejante).

El $\mathrm{CF_4}$ es apolar, así que entre sus moléculas y las de agua solo pueden actuar fuerzas de dispersión, muy débiles frente a los enlaces de hidrógeno que habría que romper en el agua. La disolución no compensa energéticamente y el $\mathrm{CF_4}$ resulta prácticamente insoluble en agua; sí es soluble, en cambio, en disolventes apolares.