Celkový vodní potenciál může ovlivnit mnoho různých faktorů a součet těchto potenciálů určuje celkový vodní potenciál a směr toku vody:
Ψ = Ψ 0 + Ψ π + Ψ p + Ψ s + Ψ proti + Ψ m {\ displaystyle \ Psi = \ Psi _ {0} + \ Psi _ {\ pi} + \ Psi _ {p} + \ Psi _ {s} + \ Psi _ {v} + \ Psi _ {m}}
kde:
Všechny tyto faktory jsou kvantifikovány jako potenciální energie na jednotku objemu a pro konkrétní aplikace lze použít různé podmnožiny těchto výrazů ( např. rostliny nebo půdy). Různé podmínky jsou také definovány jako referenční v závislosti na aplikaci: například v půdách je referenční podmínka obvykle definována jako čistá voda na povrchu půdy.
Tlakový potenciálUpravit
Tlakový potenciál je založen na mechanickém tlaku a je důležitou složkou celkového vodního potenciálu v rostlinných buňkách. Jak voda vstupuje do buňky, zvyšuje se tlakový potenciál. Jak voda prochází buněčnou stěnou a buněčnou membránou, zvyšuje celkové množství vody přítomné uvnitř buňky, což vyvíjí vnější tlak, který je v protikladu strukturální tuhostí buněčné stěny. Vytvořením tohoto tlaku může rostlina udržovat turgor, což umožňuje rostlině udržovat tuhost. Bez turgoru ztratí rostliny strukturu a vadnutí.
Tlakový potenciál v rostlinné buňce je obvykle pozitivní. V plazmolyzovaných buňkách je tlakový potenciál téměř nulový. Potenciály podtlaku se vyskytují, když je voda tažena otevřeným systémem, jako je nádoba na xylem rostlin. Důležitou adaptací xylemu je vydržení potenciálů podtlaku (často nazývaného napětí). Toto napětí lze empiricky měřit pomocí tlakové bomby.
Osmotický potenciál (solute potential) Upravit
Čistá voda je obvykle definována jako osmotický potenciál (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) nula a v tomto případě potenciál solute nikdy nemůže být kladný. Vztah koncentrace rozpuštěné látky (v molaritě) k rozpuštěnému potenciálu je dán van „t Hoffovou rovnicí:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
kde M {\ displaystyle M} je koncentrace v molaritě rozpuštěné látky, je van Hoffův faktor, poměr množství částic v roztoku k množství rozpuštěných jednotek vzorce, R {\ displaystyle R } je konstanta ideálního plynu a T {\ displaystyle T} je absolutní teplota.
Voda difunduje napříč osmotickou membránou až k místu, kde je vodní potenciál menší není žádná rozpuštěná látka. Řešení bude mít nižší a tudíž negativnější vodní potenciál než potenciál čisté vody. Čím více molekul rozpuštěné látky je přítomno, tím více je potenciál rozpuštěné látky negativní.
Osmotický potenciál má důležité důsledky pro mnoho živých organismů. Pokud je živá buňka obklopena koncentrovanějším roztokem, bude mít tendenci ztrácet vodu na negativnější vodní potenciál (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) okolního prostředí. To může být případ mořských organismů žijících v mořské vodě a halofytických rostlin rostoucích v solném prostředí. V případě rostlinné buňky může tok vody z buňky nakonec způsobit odtržení plazmatické membrány od buněčné stěny, což vede k plazmolýze. Většina rostlin má však schopnost zvýšit rozpuštěné látky uvnitř buňky, aby řídila tok vody do buňky a udržovala turgor.
Tento efekt lze použít k napájení osmotické elektrárny.
Půdní roztok také zažívá osmotický potenciál. Osmotický potenciál je možný díky přítomnosti anorganických i organických látek v půdním roztoku. Jak se molekuly vody stále více shlukují kolem rozpuštěných iontů nebo molekul, snižuje se svoboda pohybu a tím i potenciální energie vody. Se zvyšující se koncentrací rozpuštěných látek se osmotický potenciál půdního roztoku snižuje. Vzhledem k tomu, že voda má tendenci pohybovat se směrem k nižším energetickým úrovním, bude se chtít pohybovat směrem k zóně vyšších koncentrací rozpuštěných látek. I když se kapalná voda bude pohybovat v reakci na tyto rozdíly v osmotickém potenciálu, pouze pokud existuje polopropustná membrána mezi zónami vysokého a nízkého osmotického potenciálu. Semipermeabilní membrána je nutná, protože propouští vodu přes její membránu a zároveň brání rozpuštěným látkám v pohybu přes její membránu. Pokud není přítomna žádná membrána, pohyb rozpuštěné látky spíše než vody do značné míry vyrovnává koncentrace.
Protože oblasti půdy obvykle nejsou rozděleny semipermeabilní membránou, má osmotický potenciál obvykle zanedbatelný vliv hromadný pohyb vody v půdě. Na druhou stranu má osmotický potenciál extrémní vliv na rychlost absorpce vody rostlinami.Pokud mají půdy vysoký obsah rozpustných solí, je pravděpodobné, že osmotický potenciál bude v půdním roztoku nižší než v kořenových buňkách rostlin. V takových případech by půdní roztok vážně omezil rychlost příjmu vody rostlinami. Ve slaných půdách může být osmotický potenciál půdní vody tak nízký, že se buňky mladých sazenic začnou hroutit (plazmolyzovat).
Maticový potenciál (Matrický potenciál) Upravit
Když voda je v kontaktu s pevnými částicemi (např. jílovými nebo pískovými částicemi v půdě), mohou být velké a důležité mezimolekulární síly mezi vodou a pevnou látkou. Síly mezi molekulami vody a pevnými částicemi v kombinaci s přitažlivostí mezi molekulami vody podporují povrchové napětí a tvorbu menisků v pevné matrici. Pak je nutná síla k prolomení těchto menisků. Velikost matricového potenciálu závisí na vzdálenostech mezi pevnými částicemi – šířce menisků (také kapilární působení a rozdílné Pa na koncích kapiláry) – a chemickém složení pevné matrice (meniskus, makroskopický pohyb v důsledku iontové přitažlivosti).
V mnoha případech může být absolutní hodnota maticového potenciálu relativně velká ve srovnání s ostatními složkami vodního potenciálu diskutovanými výše. Maticový potenciál výrazně snižuje energetický stav vody v blízkosti povrchů částic. I když pohyb vody v důsledku matricového potenciálu může být pomalý, je stále nesmírně důležitý při zásobování kořeny rostlin a při technických aplikacích. Potenciál matice je vždy negativní, protože voda přitahovaná půdní matricí má energetický stav nižší než čistá voda. Maticový potenciál se vyskytuje pouze v nenasycené půdě nad hladinou podzemní vody. Pokud se potenciál matice přiblíží hodnotě nula, téměř všechny půdní póry jsou zcela naplněny vodou, tj. Plně nasyceny a při maximální retenční kapacitě. Potenciál matice se může mezi půdami značně lišit. V případě, že voda odtéká do méně vlhkých půdních zón podobné pórovitosti, je maticový potenciál obecně v rozmezí -10 až -30 kPa.