Vattenpotential
Vattenpotentialdefinition
Vattenpotential är den potentiella energin hos vatten i ett system jämfört med rent vatten, när både temperatur och trycket hålls detsamma. Det kan också beskrivas som ett mått på hur fritt vattenmolekyler kan röra sig i en viss miljö eller ett specifikt system. Det mäts i kilopascal (kPa) och representeras av den grekiska bokstaven Psi (Ψ). Vattenpotentialen är aldrig positiv men har ett maximalt värde på noll, vilket är det för rent vatten vid atmosfärstryck. När det gäller orent vatten eller vatten som har lösta ämnen, desto mer löst det är desto mer negativ blir Ψ eftersom de lösta molekylerna kommer att locka vattenmolekylerna och begränsa deras rörelsefrihet.
Rörelse av vattenmolekyler
Vatten rör sig från områden där vattenpotentialen är högre (eller mindre negativ), till områden där den är lägre (eller mer negativ), och vi hänvisar till denna rörelse som osmos. Till exempel, i diagrammet nedan, är lösningen runt cellen hypertonisk, vilket innebär att den har en högre koncentration av löst ämne, så en lägre vattenpotential, än insidan av cellen. Eftersom cellen har ett delvis permeabelt membran, som tillåter rörelse av vatten in och ut ur det, kommer vatten att röra sig från insidan av cellen, där Ψ är högre, till utsidan av cellen, där Ψ är lägre. Detta kan leda till att celler dör i levande organismer. Å andra sidan kan en cell som placeras i en ren vattenlösning ta upp vatten tills den spricker och dör. Därför behöver celler en miljö som inte skiljer sig markant i sina koncentrationer av lösta ämnen.
Vattenpotential är det som gör att vatten kan komma in i växtrötterna när det är mer löst i rotcellerna än vattnet i jorden. Och när vi går upp växten, minskar more mer och mer, drar vatten in i stjälkarna och sedan avdunstar bladen, som ständigt får vatten ut ur dem, och upprätthåller en hög upplöst koncentration och en låg Ψ. I våra kroppar regleras koncentrationen av lösningsmedel genom osmoregulering, som kontrollerar och upprätthåller vatten- och saltkoncentrationer för att hålla oss vid liv.
Vattenpotentialformel
Formeln som används för att beräkna Ψ är följande :
Ψ = Ψs + Ψp + Ψg + Ψm
Men det förenklas ofta som den här formeln, som också är korrekt:
Ψ = Ψs + Ψp
Här står Ψs för upplöst potential, Ψp för tryckpotential, Ψg för gravitationspotential och Ψm för matrisk potential. Tryckpotentialen avser det fysiska trycket som utövas av föremål eller cellmembran på vattenmolekyler, och det ökar med ökande tryck. Observera att tryckpotentialen vanligtvis bibehålls som en positiv i växtceller för att de ska hålla sin form, så att växten kan förbli stel. Dessutom tar matriskpotential hänsyn till krafter mellan vattenmolekyler och ytor eller ämnen, såsom jord eller cellmembran. Matricspotentialen är alltid negativ och är mer signifikant i torra system, såsom jord, eftersom vi upptäcker att vattenpartiklarna är starkt bundna till jordpartiklarna. Som namnet antyder är gravitationspotential det sätt på vilket jordens allvar påverkar vattenmolekylers frihet att röra sig. Slutligen beror lösta potential på mängden löst i en lösning, och den minskar när koncentrationen av löst ämne ökar.
- Diffusion – Den godtyckliga spridningen av partiklar från en region där de är högre koncentration till en annan där de är i en lägre koncentration.
- Hypotonisk lösning – En lösning med en högre koncentrerad lösning jämfört med en annan lösning.
- Isotonisk lösning – En lösning med lika löst ämne koncentration till en annan lösning.
- Viskositet – I vilken utsträckning en vätska motstår flödet.
Quiz
1. Vad kan vi förvänta oss att observera om vi placerar en cell inuti en lösning där cellens Ψ är lika med -0,3 kPa och den för lösningen är -0,9 kPa?
A. Vatten kommer att röra sig ur cellen
B. Vatten kommer in i cellen
C. Vatten kommer inte att röra sig in i eller ut ur cellen
D. Cellen kommer att sprängas
2. Enkelt uttryckt är vattenpotentialen:
A. Mängden vatten som rötterna kan ta upp per dag
B. Kombinationen av osmotiskt tryck och gravitationskrafter
C. Kombinationen av löst potential och tryckpotential
D.Mängden tryck som behövs för att driva vatten upp en växtstam
3. Vilka av följande värden för vattenpotential indikerar den torraste miljön?
A. -0,1 pKa
B. -1 pKa
C. -0,03 pKa
D. -5 pKa
4. Hur varierar vattenpotentialen i förhållande till koncentrationen av löst ämne?
A. Det ökar ju högre koncentrationen av lösta ämnen
B. Det minskar ju högre koncentrationen av lösta ämnen
C. Det påverkas inte av koncentrationen av löst ämne
D. Lösningskoncentration har en inkonsekvent effekt på den