Potenciál vody
Definice potenciálu vody
Potenciál vody je potenciální energie vody v systému ve srovnání s čistou vodou, když teplota i tlak se udržuje stejný. Lze jej také popsat jako měřítko toho, jak volně se mohou molekuly vody pohybovat v konkrétním prostředí nebo systému. Měří se v kilopascalech (kPa) a je reprezentováno řeckým písmenem Psi (Ψ). Potenciál vody není nikdy kladný, ale má maximální hodnotu nula, což je hodnota čisté vody za atmosférického tlaku. Pokud jde o znečištěnou vodu nebo vodu, která má v sobě rozpuštěné látky, čím více rozpuštěných látek je, tím negativnější je Ψ, protože molekuly rozpuštěných látek přitahují molekuly vody a omezují jejich volnost pohybu.
Pohyb vodních molekul
Voda se pohybuje z oblastí, kde je vodní potenciál vyšší (nebo méně negativní), do oblastí, kde je nižší (nebo více negativní), a tento pohyb označujeme jako osmóza. Například v níže uvedeném diagramu je řešení kolem buňky hypertonické, což znamená, že má vyšší koncentraci rozpuštěné látky, tedy nižší vodní potenciál, než vnitřek buňky. Protože buňka má částečně propustnou membránu, která umožňuje pohyb vody dovnitř a ven, bude se voda pohybovat zevnitř buňky, kde Ψ je vyšší, do vnějšku buňky, kde Ψ je nižší. To může vést ke smrti buněk v živých organismech. Na druhou stranu by buňka, která je umístěna v roztoku čisté vody, mohla přijímat vodu, dokud nepraskla a nezemře. Proto buňky potřebují prostředí, které se významně neliší ve svých koncentracích rozpuštěných látek.
Vodní potenciál je to, co umožňuje vodě dostat se do kořenů rostlin, když je více rozpuštěné látky uvnitř kořenových buněk než voda v půdě. A jak jdeme nahoru po rostlině, Ψ klesá stále více a více, čerpá vodu do stonků a poté do listů, které z nich neustále odpařují vodu, udržují vysokou koncentraci rozpuštěné látky a nízkou Ψ. V našich tělech je koncentrace rozpuštěných látek regulována osmoregulací, která řídí a udržuje koncentrace vody a soli, aby nás udržovala naživu.
Vzorec potenciálu vody
Vzorec použitý k výpočtu Ψ je následující :
Ψ = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
často se zjednodušuje jako tento vzorec, který je také správný:
Ψ = Ψs + Ψp
Tady Ψs znamená solute potential, Ψp pro tlakový potenciál, Ψg pro gravitační potenciál a Ψm pro maticový potenciál. Potenciál tlaku se týká fyzického tlaku vyvíjeného objekty nebo buněčnými membránami na molekuly vody a zvyšuje se s rostoucím tlakem. Všimněte si, že tlakový potenciál je v rostlinných buňkách obvykle udržován na kladné hodnotě, aby si udržely svůj tvar, což umožňuje rostlině zůstat rigidní. Matematický potenciál navíc bere v úvahu síly mezi molekulami vody a povrchy nebo látkami, jako je půda nebo buněčné membrány. Maticový potenciál je vždy záporný a je významnější v suchých systémech, jako jsou půdy, protože zjistíme, že vodní částice jsou silně spojeny s půdními částicemi. Jak název napovídá, gravitační potenciál je způsob, jakým gravitace Země ovlivňuje svobodu molekul vody v pohybu. Nakonec potenciál rozpuštěné látky závisí na množství rozpuštěné látky v roztoku a klesá s rostoucí koncentrací rozpuštěné látky.
- Difúze – libovolné šíření částic z oblasti, kde jsou vyšší koncentrace do jiného, kde jsou v nižší koncentraci.
- Hypotonický roztok – roztok s vyšší koncentrací rozpuštěné látky ve srovnání s jiným roztokem.
- Izotonický roztok – roztok se stejnou rozpuštěnou látkou koncentrace na jiné řešení.
- Viskozita – míra, do jaké kapalina odolává toku.
Kvíz
1. Co můžeme očekávat, že pozorujeme, pokud umístíme buňku do roztoku, kde Ψ buňky se rovná -0,3 kPa a hodnota roztoku je -0,9 kPa?
A. Voda se bude pohybovat ven z buňky
B. Voda se bude pohybovat do buňky
C. Voda se nebude pohybovat do nebo z buňky
D. Buňka praskne
2. Jednoduše řečeno, vodní potenciál je:
A. Množství vody, které kořeny mohou za den zabírat
B. Kombinace osmotického tlaku a gravitačních sil
C. Kombinace potenciálu rozpuštěné látky a tlakového potenciálu
D.Množství tlaku potřebného k vytlačování vody do stonku rostliny
3. Která z následujících hodnot vodního potenciálu označuje nejsušší prostředí?
A. -0,1 pKa
B. -1 pKa
C. -0,03 pKa
D. -5 pKa
4. Jak se mění vodní potenciál ve vztahu k koncentraci rozpuštěné látky?
A. Zvyšuje se, čím vyšší je koncentrace rozpuštěné látky
B. Snižuje se, čím vyšší je koncentrace rozpuštěné látky
C. Není ovlivněna koncentrací rozpuštěné látky
D. Koncentrace solute má na ni nekonzistentní účinek