Экология – область знания, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой. Под ее влиянием появляются такие направления, как экологическая генетика, экологическая экология, экологическая химия. Информация по экологической химии поможет каждому приблизить материал к сегодняшней жизни.

Элементы IА подгруппы экологически неравноценны. Натрий и калий – элементы, называемые биогенными, - совершенно необходимы для жизнедеятельности живых организмов.

Калий – элемент, который есть в каждой живой клетке (это, кстати, означает, что он содержится в большом количестве в свежих продуктах). В отличие от натрия калий сосредоточен именно внутри клеток. Концентрация его ионов снаружи клетки примерно в 50 раз меньше. Для чего нужна такая разность концентраций?

Клеткам необходим обмен информацией с соседями. Это можно осуществить путем обмена сложными информативными молекулами. Но это медленный процесс. Гораздо быстрее процесс пойдет с использованием электрического тока. Но чтобы возник электрический ток, необходима разность потенциалов. Из-за того, что концентрация ионов внутри и снаружи клетки разная, ионы стремятся перейти туда, где именно таких ионов меньше, чтобы выровнять концентрацию. У мембраны клетки есть возможность избирательно пропускать через себя те или иные ионы и молекулы. Причем, если движение иона совпадает с перепадом концентрации в меньшую сторону, движение происходит практически мгновенно и без затрат энергии. Ионы калия стремятся из клетки наружу и выносят на внешнюю поверхность клеточной мембраны положительный заряд, при этом внутренняя сторона приобретает отрицательный заряд, так как большие органические анионы не проникают через мембрану наружу. Поскольку размеры ионов калия и натрия существенно различаются, их потоки через мембрану контролируются клетками (так распорядилась природа). В спокойном состоянии доступ положительным ионам натрия в клетку, куда они стремятся из-за разности концентраций, почти закрыт. При необходимости быстрой реакции на внешнее воздействие мембрана открывает ионам натрия «ворота клетки», и практически мгновенно меняется заряд внутренней поверхности на положительный, то есть меняет свою поляризацию. Возникает разность потенциалов, сообщение передается от клетки клетке. Например, таким образом нервная клетка передает мышечной клетке, что пора сократиться. Неравенство концентраций ионов калия и натрия внутри и снаружи клетки поддерживается механизмом, который называется «натриевый насос». Такой насос выталкивает ионы натрия из клетки, а ионы калия возвращает обратно в протоплазму. Это требует затрат энергии, которая используется клеткой в процессе обмена веществ.

Именно поэтому калий и натрий в живых организмах в большинстве случаев взаимно не заменяемы. Но калий выделяется из организма теми же путями, что и натрий. Об этом не стоит забывать.

Интересно, что калия в состав живых организмов входит больше, чем натрия, и только у зародышей животных натрия больше. Соотношение натрий/калий у них похоже на соотношение этих ионов в морской воде.

На земной поверхности калий мигрирует слабее натрия. При выветривании горных пород калий частично переходит в воду. Оттуда его быстро захватывают морские организмы или поглощают глины. Содержание калия в морских водах в 25 раз меньше, чем натрия. В естественных условиях минеральные и органические вещества, извлекаемые растениями из почвы, в нее же и возвращаются при отмирании растения. Человек активно вмешивается в микро-круговорот элементов, поэтому в почву необходимо вносить вещества, содержащие калий, минеральные удобрения.

Рубидий и цезий сопутствуют калию и в минералах, и в живых организмах, они постоянные микрокомпоненты растений и животных.

Литий также входит в состав живых организмов в малых количествах. Ионы лития активно влияют на физиологические и биохимические процессы, обмен веществ и приспособительные реакции организма. Они активируют энергетические процессы мозга, дыхательную деятельность и кровоснабжение тканей. Препараты лития используют в медицине для сглаживания и предотвращения серьезных эмоциональных нарушений. Значит, соединения лития нельзя считать безопасными для фауны. Литий и его соединения используют в химических источниках тока – литиевых аккумуляторов для мобильных телефонов или кардиостимуляторов, как компонент поглотителей в некоторых кондиционерах и противогазах.