La vita di una cellula dipende in larga misura dalla sua capacità di immagazzinare ed utilizzare energia. L'unico modo che la cellula possiede per immagazzinare energia è quella di fissarla all'interno dei legami chimici che tengono uniti gli atomi nelle molecole.
E' infatti attraverso una continua rottura e ricostruzione dei legami chimici e quindi attraverso un lavoro ininterrotto di demolizione e di riassemblaggio di molecole (metabolismo cellulare) che la cellula fa circolare l'energia al suo interno.
Una delle caratteristiche importanti di ogni legame chimico è dunque proprio il suo contenuto energetico, comunemente (anche se impropriamente) detto forza di legame.
Durante una reazione chimica vengono rotti alcuni legami dei reagenti, mentre si formano altri legami necessari per la sintesi dei prodotti di reazione.
Una reazione avviene con liberazione di energia (reazione esoergonica) se i legami che si spezzano sono più energetici dei legami che si formano. In tal caso possiamo affermare che i reagenti sono più energetici dei prodotti di reazione.
Se al contrario una reazione avviene con assorbimento di energia (reazione endoergonica) e i legami che si spezzano sono meno energetici dei legami che si formano, allora possiamo affermare che i reagenti sono meno energetici dei prodotti di reazione.
Le variazioni energetiche (DE) associate alla rottura ed alla formazione dei legami chimici si misurano normalmente in chilocalorie su mole (kcal/mol) o chilojoule su mole (kj/mol)
Ricordiamo che una caloria è la quantità di calore necessaria per far aumentare la temperatura di 1 g di acqua, portandola da 14,5°C a 15,5°C e che 1 cal = 4,186 J
Un esempio di reazione esoergonica è la combustione del metano in presenza di ossigeno.
CH4 + 2O2 ð CO2 + 2H2O + 212,8 kcal
Ogni mole di metano (16 g) che brucia libera dunque 212,8 Kcal
Un esempio di reazione endoergonica è la scissione dell'acqua in idrogeno ed ossigeno
2H2O + 136,6 Kcal ð 2H2 + O2
Per spezzare una mole di acqua (18 g) è necessario dunque fornire 68,3 Kcal.
Come si è già avuto modo di dire la reattività di un elemento chimico dipende essenzialmente dalla sua configurazione elettronica superficiale, tanto che gli elettroni che si trovano nel livello energetico più esterno sono spesso detti elettroni di legame.
Esistono 2 modi fondamentali attraverso cui un atomo può utilizzare tali elettroni per legarsi con un altro atomo, dando luogo ad altrettanti tipi di legami: il legame ionico ed il legame covalente.
Poichè, come abbiamo già detto, gli elettroni coinvolti nei legami chimici sono quelli che occupano il livello energetico più superficiale (elettroni di valenza), introduciamo un metodo semplice per rappresentare i primi 8 elettroni, noto come configurazione di Lewis degli elementi.
Secondo tale metodo i 2 + 6 elettroni dei primi due sottolivelli (1 orbitale s e 3 orbitali p) del livello più esterno vengono rappresentati come punti o coppie di punti disposte ai quattro lati del simbolo chimico dell'elemento. Ogni lato rappresenta un orbitale e può contenere al massimo 2 elettroni. Per maggior chiarezza diamo la configurazione di Lewis degli elementi appartenenti al 3° periodo.
Le coppie di elettroni vengono più spesso rappresentate con una barretta.