Vannpotensial
Vannpotensialdefinisjon
Vannpotensial er den potensielle energien til vann i et system sammenlignet med rent vann, når både temperatur og trykk holdes det samme. Det kan også beskrives som et mål på hvor fritt vannmolekyler kan bevege seg i et bestemt miljø eller system. Den måles i kilopascal (kPa) og er representert med den greske bokstaven Psi (Ψ). Vannpotensialet er aldri positivt, men har en maksimumsverdi på null, som er rent vann ved atmosfærisk trykk. Når det gjelder urent vann, eller vann som har oppløste stoffer, jo mer oppløst det er, desto mer negativ blir Ψ, siden de oppløste molekylene vil tiltrekke seg vannmolekylene og begrense deres frihet til å bevege seg.
Bevegelse av vannmolekyler
Vann beveger seg fra områder der vannpotensialet er høyere (eller mindre negativt), til områder der det er lavere (eller mer negativt), og vi refererer til denne bevegelsen som osmose. For eksempel, i diagrammet nedenfor, er løsningen rundt cellen hypertonisk, noe som betyr at den har en høyere konsentrasjon av oppløst stoff, så et lavere vannpotensial, enn innsiden av cellen. Siden cellen har en delvis permeabel membran som tillater bevegelse av vann inn og ut av den, vil vann bevege seg fra innsiden av cellen, der Ψ er høyere, til utsiden av cellen, der Ψ er lavere. Dette kan føre til at celler dør i levende organismer. På den annen side kan en celle som plasseres i en ren vannoppløsning ta vann til den sprekker og dør. Derfor trenger celler et miljø som ikke skiller seg vesentlig ut i konsentrasjonen av løsemiddel.
Vannpotensial er det som gjør at vann kan komme inn i planterøttene når det er mer løsemiddel i rotcellene enn vannet i jorden. Og når vi går oppover i planten, reduseres Ψ mer og mer, og trekker vann inn i stilkene, og deretter blir bladene, som stadig får vann fordampet ut av dem, og opprettholder en høy oppløsningsmiddelkonsentrasjon og lav Ψ. I kroppene våre reguleres oppløsningsmiddelkonsentrasjon gjennom osmoregulering, som kontrollerer og opprettholder vann- og saltkonsentrasjoner for å holde oss i live.
Water Potential Formula
Formelen som brukes til å beregne Ψ er følgende :
Ψ = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
Imidlertid det forenkles ofte som denne formelen, som også er riktig:
Ψ = Ψs + Ψp
Her står Ψs for oppløst potensial, Ψp for trykkpotensial, Ψg for gravitasjonspotensial, og Ψm for matrisk potensial. Trykkpotensialet refererer til det fysiske trykket som utøves av gjenstander eller cellemembraner på vannmolekyler, og det øker med økende trykk. Merk at trykkpotensialet vanligvis opprettholdes som et positivt i planteceller for at de skal holde formen, slik at planten kan holde seg stiv. I tillegg tar matrisk potensial hensyn til krefter mellom vannmolekyler og overflater eller stoffer, for eksempel jord eller cellemembraner. Matrikuleringspotensialet er alltid negativt og er mer signifikant i tørre systemer, for eksempel jord, fordi vi finner ut at vannpartiklene er sterkt festet til jordpartiklene. Som navnet antyder, er gravitasjonspotensial måten jordens tyngdekraft påvirker vannmolekylers frihet til å bevege seg. Til slutt avhenger løsemiddelpotensialet av mengden løsemiddel i en løsning, og det avtar når konsentrasjonen av løsemiddel øker.
- Diffusjon – Den vilkårlige spredningen av partikler fra et område der de er høyere konsentrasjon til en annen der de har en lavere konsentrasjon.
- Hypotonisk løsning – En løsning med høyere oppløsningsmiddelkonsentrasjon sammenlignet med en annen løsning.
- Isotonisk løsning – En løsning med like løst stoff konsentrasjon til en annen løsning.
- Viskositet – I hvilken grad væske motstår flyt.
Quiz
1. Hva kan vi forvente å observere hvis vi plasserer en celle i en løsning der cellenes Ψ er lik -0.3 kPa og den til løsningen er -0.9 kPa?
A. Vann vil bevege seg ut av cellen
B. Vann vil bevege seg inn i cellen
C. Vann vil ikke bevege seg inn i eller ut av cellen
D. Cellen vil sprekke
2. Enkelt sagt, vannpotensialet er:
A. Mengden vann som røttene kan ta opp per dag
B. Kombinasjonen av osmotisk trykk og gravitasjonskrefter
C. Kombinasjonen av oppløst potensial og trykkpotensial
D.Mengden trykk som trengs for å presse vann opp en plantestamme
3. Hvilke av følgende verdier av vannpotensial indikerer det tørreste miljøet?
A. -0,1 pKa
B. -1 pKa
C. -0,03 pKa
D. -5 pKa
4. Hvordan varierer vannpotensialet i forhold til konsentrasjonen av løsemiddel?
A. Det øker jo høyere konsentrasjonen av løsemiddel
B. Det avtar jo høyere konsentrasjonen av løsemiddel
C. Det påvirkes ikke av konsentrasjonen av løsemiddel
D. Konsentrasjonen av løsemiddel har en inkonsekvent effekt på den