Le forze di attrazione fra le molecole (legami intermolecolari) si instaurano quando le molecole si avvicinano cioè interagiscono, quindi prevalentemente negli stati condensati della materia (stato liquido e solido); allo stato gassoso le molecole sono libere di muoversi, perciò la forza dei legami intermolecolari è praticamente nulla.
Prendiamo come esempio il composto CuS: il doppio legame che tiene unito l'atomo di Cu e l'atomo di S è di tipo covalente polare, in quanto la differenza di elettronegatività fra i due atomi è di 0,6 (Cu 1,9; S 2,5).
Diciamo quindi che il CuS è una sostanza covalente perché la differenza di elettronegatività fra gli atomi legati è minore di 1,7, il che determina un carattere prevalentemente covalente alla molecola.
Il CuS è una sostanza covalente polare, dunque un dipolo elettrico, in cui è presente una parziale carica positiva sul Cu e una parziale carica negativa sullo S.
A temperatura ambiente il CuS è un solido, perciò le molecole di CuS non sono libere di muoversi in quanto i dipoli elettrici si attirano fra loro: fra la parte positiva di un dipolo e quella negativa di un altro dipolo si instaura una forza di attrazione di natura elettrica chiamato legame dipolo-dipolo.
Se forniamo calore, il CuS solido diventa liquido secondo il processo che chiamiamo fusione:
CuS(s) + Q <==> CuS(l)
Allo stato liquido le molecole di CuS sono più libere di muoversi e ciò significa che la forza dei legami dipolo-dipolo è minore di quelli presenti allo stato solido.
Se forniamo ulteriormente calore il CuS liquido diventa gassoso secondo il processo che chiamiamo avaporazione:
CuS(l) + Q <==> CuS(g)
Allo stato gassoso le molecole di CuS sono liberissime di muoversi in tutto lo spazio a disposizione, perciò i legami dipolo-dipolo hanno una forza molto minore rispetto ai due precedenti stati di aggregazione.
I processi descritti sono tutti endotermici e sono favoriti da un'aumento della temperatura; in altri termini una diminuzione della temperatura porta alla formazione di legami intermolecolari dipolo-dipolo via via più forti.
Quando addizioniamo il solvente polare acqua avviene il fenomeno della ionizzazione.
Le molecole di acqua sono anch'esse dei dipoli elettrici tenuti insieme da un particolare tipo di legame intermolecolare dipolo-dipolo, il legame a idrogeno che ha una forza maggiore di quello dipolo-dipolo.
Le molecole polari dell'H2O, presenti in maggior quantità rispetto alle molecole polari di CuS, vanno a circondare ogni singola molecola di CuS con una forza così grande da riuscire a spezzare il doppio legame Cu=S: l'atomo di Cu abbandona definitivamente gli e- di legame e diventa ione Cu2+, mentre l'atomo di S si appropria dei due e- di legame e diventa ione S2-.
Il processo di ionizzazione può essere così rappresentato:
CuS(s) + H2O(l) (eccesso) <==> Cu2+(aq) + S2-(aq)
Le nuove forze intermolecolari che si vengono a formare si chiamano legami ione-dipolo; la forza di questi ultimi è maggiore di quella dei legami a idrogeno dell'H2O e di quella dei legami dipolo-dipolo del CuS.
In generale per stabilire se il processo di dissociazione/ionizzazione di una sostanza solida in acqua occorre valutare l'energia in gioco in due tipi di processi:
a) per distruggere il reticolo cristallino di un solido occorre fornire energia, che è numericamente uguale all'energia reticolare, ovvero all'energia che si libera quando il cristallo si forma a partire dagli ioni allo stato gassoso.
Per un generico composto AB avremo:
AB(s) + Q <==> A+(g) + B-(g)
b) nel processo di solvatazione degli ioni gassosi si libera invece calore dovuto alla formazione dei legami ione-dipolo del solvente. L'energia che si libera quando uno ione gassoso viene solvatato è detta energia di idratazione:
A+(g) + B-(g) + H2O(l) <==> A+(aq) + B-(aq)
La reazione di solubilizzazione avviene con assorbimento di calore (processo endotermico) se l'energia reticolare è maggiore dell'energia di idratazione come nel caso dell'NH4Cl, che è una sostanza covalente polare, quindi la solubilizzazione in acqua forma degli ioni che prima non c'erano:
NH4Cl(s) + 676kJ --> NH4+(g) + Cl-(s)
NH4+(g) + Cl-(s) + H2O(l) --> NH4+(aq) + Cl-(aq) + 665kJ
NH4Cl(s) + H2O(l) +11kJ --> NH4+(aq) + Cl-(aq)
Viceversa accade nel processo di solubilizzazione dell'LiCl (sostanza ionica) che nel complesso è un processo esotermico:
LiCl(s) + 849kJ --> Li+(g) + Cl-(s)
Li+(g) + Cl-(s) + H2O(l) --> Li+(aq) + Cl-(aq) + 893kJ
LiCl(s) + H2O(l) --> Li+(aq) + Cl-(aq) + 44kJ