Waterpotentieel

Definitie waterpotentieel

Waterpotentieel is de potentiële energie van water in een systeem vergeleken met zuiver water, wanneer zowel temperatuur als de druk blijft hetzelfde. Het kan ook worden beschreven als een maatstaf voor hoe vrij watermoleculen kunnen bewegen in een bepaalde omgeving of systeem. Het wordt gemeten in kilopascal (kPa) en wordt weergegeven door de Griekse letter Psi (Ψ). Waterpotentieel is nooit positief, maar heeft een maximale waarde van nul, dat is die van zuiver water bij atmosferische druk. Als het gaat om onzuiver water, of water dat opgeloste stoffen bevat, hoe meer opgeloste er is, hoe negatiever Ψ wordt, aangezien de opgeloste moleculen de watermoleculen aantrekken en hun bewegingsvrijheid beperken.

Beweging van watermoleculen

Water beweegt van gebieden waar het waterpotentieel hoger (of minder negatief) is, naar gebieden waar het lager (of negatiever) is, en we noemen deze beweging osmose. In het onderstaande diagram is de oplossing rond de cel bijvoorbeeld hypertoon, wat betekent dat deze een hogere concentratie opgeloste stof heeft, dus een lager waterpotentieel, dan de binnenkant van de cel. Omdat de cel een gedeeltelijk doorlaatbaar membraan heeft, waardoor het water erin en eruit kan bewegen, zal het water van de binnenkant van de cel, waar Ψ hoger is, naar buiten de cel, waar Ψ lager is, verplaatsen. Dit kan leiden tot de dood van cellen in levende organismen. Aan de andere kant kan een cel die in een zuivere wateroplossing wordt geplaatst, water opnemen totdat het barst en sterft. Daarom hebben cellen een omgeving nodig die niet significant verschilt in de opgeloste concentraties.

Waterpotentieel zorgt ervoor dat water in de wortels van planten kan komen als er meer opgeloste stof is binnen de wortelcellen dan het water in de grond. En naarmate we de plant opgaan, neemt Ψ steeds meer af, waardoor water in de stengels wordt getrokken en vervolgens de bladeren, die constant water verdampen, met behoud van een hoge concentratie van opgeloste stoffen en een lage Ψ. In ons lichaam wordt de concentratie van opgeloste stoffen gereguleerd door osmoregulatie, die de water- en zoutconcentraties controleert en handhaaft om ons in leven te houden.

Formule voor waterpotentieel

De formule die wordt gebruikt om Ψ te berekenen is de volgende :

Ψ = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm

het wordt vaak vereenvoudigd als deze formule, die ook correct is:

Ψ = Ψs + Ψp

Hier staat Ψs voor opgelost potentieel, Ψp voor drukpotentiaal, Ψg voor gravitatiepotentiaal en Ψm voor het matrische potentieel. Het drukpotentiaal verwijst naar de fysieke druk die wordt uitgeoefend door objecten of celmembranen op watermoleculen, en neemt toe met toenemende druk. Merk op dat het drukpotentieel in plantencellen meestal positief wordt gehouden om ervoor te zorgen dat ze hun vorm behouden, waardoor de plant stijf blijft. Bovendien houdt het matrisch potentieel rekening met krachten tussen watermoleculen en oppervlakken of stoffen, zoals bodem of celmembranen. Het matrisch potentieel is altijd negatief en is belangrijker in droge systemen, zoals bodems, omdat we vinden dat de waterdeeltjes sterk gehecht zijn aan de bodemdeeltjes. Zoals de naam al aangeeft, is het gravitatiepotentieel de manier waarop de zwaartekracht van de aarde de bewegingsvrijheid van watermoleculen beïnvloedt. Ten slotte hangt het potentieel van de opgeloste stof af van de hoeveelheid opgeloste stof in een oplossing, en het neemt af naarmate de concentratie van de opgeloste stof toeneemt.

• Diffusie – De willekeurige verspreiding van deeltjes uit een gebied waar ze zich op een hoger niveau bevinden. concentratie naar een andere waar ze een lagere concentratie hebben.
• Hypotone oplossing – Een oplossing met een hogere concentratie opgeloste stof in vergelijking met een andere oplossing.
• Isotone oplossing – Een oplossing met een gelijke opgeloste stof concentratie naar een andere oplossing.
• Viscositeit – De mate waarin een vloeistof stroming weerstaat.

Quiz

1. Wat kunnen we verwachten te zien als we een cel in een oplossing plaatsen waar de cel Ψ gelijk is aan -0,3 kPa en die van de oplossing -0,9 kPa?
A. Water zal uit de cel stromen
B. Water zal de cel binnengaan
C. Water beweegt niet in of uit de cel
D. De cel zal barsten

2. Simpel gezegd, waterpotentieel is:
A. De hoeveelheid water die wortels per dag kunnen opnemen
B. De combinatie van osmotische druk en gravitatiekrachten
C. De combinatie van opgelost potentieel en drukpotentiaal
D.De hoeveelheid druk die nodig is om water in een plantsteel omhoog te duwen.

3. Welke van de volgende waarden van waterpotentieel geeft de droogste omgeving aan?
A. -0,1 pKa
B. -1 pKa
C. -0,03 pKa
D. -5 pKa

4. Hoe varieert het waterpotentieel in relatie tot de concentratie van opgeloste stof?
A. Het neemt toe naarmate de concentratie van de opgeloste stof hoger is
B. Het neemt af naarmate de concentratie van de opgeloste stof hoger is
C. Het wordt niet beïnvloed door de concentratie van opgeloste stof
D. Opgeloste concentratie heeft er een inconsistent effect op.