Potencjał wodny

Definicja potencjału wody

Potencjał wodny to energia potencjalna wody w systemie w porównaniu do czystej wody, gdy zarówno temperatura, jak i ciśnienie są takie same. Można go również opisać jako miarę swobodnego poruszania się cząsteczek wody w określonym środowisku lub systemie. Jest mierzona w kilopaskalach (kPa) i jest reprezentowana przez grecką literę Psi (Ψ). Potencjał wody nigdy nie jest dodatni, ale ma maksymalną wartość zero, czyli czystą wodę pod ciśnieniem atmosferycznym. Jeśli chodzi o wodę zanieczyszczoną lub wodę zawierającą substancje rozpuszczone, im więcej substancji rozpuszczonych, tym bardziej ujemne Ψ, ponieważ cząsteczki substancji rozpuszczonej będą przyciągać cząsteczki wody i ograniczać ich swobodę ruchu.

Ruch cząsteczek wody

Woda przemieszcza się z obszarów, w których potencjał wody jest wyższy (lub mniej ujemny), do obszarów, w których jest niższy (lub bardziej ujemny) i nazywamy ten ruch osmozą. Na przykład na poniższym diagramie roztwór wokół komórki jest hipertoniczny, co oznacza, że ma wyższe stężenie substancji rozpuszczonej, a więc niższy potencjał wodny, niż wnętrze komórki. Ponieważ komórka ma częściowo przepuszczalną membranę, umożliwiającą przepływ wody do iz niej, woda będzie przemieszczać się z wnętrza komórki, gdzie Ψ jest wyższe, na zewnątrz komórki, gdzie Ψ jest niższe. Może to prowadzić do śmierci komórek żywych organizmów. Z drugiej strony komórka umieszczona w roztworze czystej wody może pochłaniać wodę, aż pęknie i umrze. Dlatego komórki potrzebują środowiska, które nie różni się znacząco pod względem stężeń substancji rozpuszczonych.

Potencjał wodny pozwala wodzie dostać się do korzeni roślin, gdy jest więcej substancji rozpuszczonych w komórkach korzeni niż woda w glebie. A gdy wchodzimy w górę rośliny, Ψ zmniejsza się coraz bardziej, wciągając wodę do łodyg, a następnie do liści, z których woda stale odparowuje, utrzymując wysokie stężenie substancji rozpuszczonych i niskie low. W naszych ciałach stężenie substancji rozpuszczonej jest regulowane przez osmoregulację, która kontroluje i utrzymuje stężenie wody i soli, aby utrzymać nas przy życiu.

Wzór na potencjał wody

Wzór używany do obliczenia Ψ jest następujący :

Ψ = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm

Jednak często jest to uproszczone, jak ta formuła, która również jest poprawna:

Ψ = Ψs + Ψp

Tutaj Ψs oznacza potencjał substancji rozpuszczonej, Ψp oznacza potencjał ciśnienia, Ψg oznacza potencjał grawitacyjny, a Ψm oznacza potencjał matryczny. Potencjał ciśnienia odnosi się do fizycznego ciśnienia wywieranego przez przedmioty lub błony komórkowe na cząsteczki wody i rośnie wraz ze wzrostem ciśnienia. Należy zauważyć, że potencjał ciśnienia jest zwykle utrzymywany na dodatnim poziomie w komórkach roślinnych, aby mogły zachować swój kształt, co pozwala roślinie pozostać sztywną. Ponadto potencjał materii uwzględnia siły między cząsteczkami wody a powierzchniami lub substancjami, takimi jak gleba lub błony komórkowe. Potencjał materii jest zawsze ujemny i jest bardziej znaczący w systemach suchych, takich jak gleby, ponieważ okazuje się, że cząsteczki wody są silnie przyczepione do cząstek gleby. Jak sama nazwa wskazuje, potencjał grawitacyjny to sposób, w jaki grawitacja Ziemi wpływa na swobodę poruszania się cząsteczek wody. Wreszcie, potencjał substancji rozpuszczonej zależy od ilości substancji rozpuszczonej w roztworze i zmniejsza się wraz ze wzrostem stężenia substancji rozpuszczonej.

• Dyfuzja – arbitralne rozprzestrzenianie się cząstek z obszaru, w którym są one na wyższym poziomie stężenie do innego, gdy są one w niższym stężeniu.
• Roztwór hipotoniczny – Roztwór o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej w porównaniu z innym roztworem.
• Roztwór izotoniczny – Roztwór o równej zawartości substancji rozpuszczonej stężenie do innego roztworu.
• Lepkość – stopień, w jakim płyn jest odporny na przepływ.

Quiz

1. Czego możemy się spodziewać, jeśli umieścimy ogniwo w roztworze, w którym Ψ ogniwa jest równe -0,3 kPa, a roztworu -0,9 kPa?
A. Woda wypłynie z celi
B. Woda dostanie się do celi
C. Woda nie będzie wpływać do celi ani z niej wychodzić
D. Komórka pęknie

2. Mówiąc najprościej, potencjał wodny to:
A. Ilość wody, jaką korzenie mogą pobrać dziennie
B. Połączenie ciśnienia osmotycznego i sił grawitacyjnych
C. Połączenie potencjału substancji rozpuszczonej i potencjału ciśnienia
D.Wielkość ciśnienia potrzebna do wypchnięcia wody w górę łodygi rośliny

3. Która z poniższych wartości potencjału wody wskazuje na najbardziej suche środowisko?
A. -0,1 pKa
B. -1 pKa
C. -0,03 pKa
D. -5 pKa

4. Jak zmienia się potencjał wody w zależności od stężenia substancji rozpuszczonej?
A. Zwiększa się im wyższe stężenie substancji rozpuszczonej
B. Zmniejsza się wraz ze wzrostem stężenia substancji rozpuszczonej
C. Nie ma na nią wpływu stężenie substancji rozpuszczonej
D. Koncentracja substancji rozpuszczonej ma na nią niespójny wpływ