Számos különböző tényező befolyásolhatja a teljes vízpotenciált, és ezen potenciálok összege határozza meg a teljes vízpotenciált és a vízáramlás irányát:
Ψ = Ψ 0 + Ψ π + Ψ p + Ψ s + Ψ v + Ψ m {\ displaystyle \ Psi = \ Psi _ {0} + \ Psi _ {\ pi} + \ Psi _ {p} + \ Psi _ {s} + \ Psi _ {v} + \ Psi _ {m}}
ahol:
Mindezek a tényezők mennyiségi egységenként potenciális energiaként vannak meghatározva, és a kifejezések különböző részhalmazai felhasználhatók bizonyos alkalmazásokhoz ( növények vagy talajok). A felhasználás függvényében a különböző feltételeket referenciaként is meghatározzuk: például talajokban a referenciaállapotot általában tiszta talajként határozzák meg a talaj felszínén.
NyomáspotenciálEdit
Nyomáspotenciál mechanikai nyomáson alapul, és fontos eleme a növényi sejtek teljes vízpotenciáljának. A nyomáspotenciál nő, amikor a víz belép a sejtbe. Amint a víz áthalad a sejtfalon és a sejtmembránon, megnöveli a sejt belsejében lévő teljes vízmennyiséget, amely kifelé irányuló nyomást fejt ki, amelyet a sejtfal szerkezeti merevsége ellentétes. Ennek a nyomásnak a létrehozásával a növény fenntarthatja a turgort, amely lehetővé teszi a növény számára a merevség megőrzését. Turgor nélkül a növények elveszítik szerkezetüket és hervadásuk.
A növényi sejtek nyomáspotenciálja általában pozitív. A plazmolizált sejtekben a nyomáspotenciál majdnem nulla. Negatív nyomáspotenciál akkor fordul elő, ha a vizet nyitott rendszeren, például növényi xilemedényen keresztül húzzák. A negatív nyomáspotenciálok (gyakran feszültségnek nevezett) ellenállása a xylem fontos adaptációja. Ez a feszültség empirikusan mérhető a nyomógomb segítségével.
Ozmotikus potenciál (oldott anyag potenciálja) Szerkesztés
A tiszta vizet általában ozmotikus potenciállal határozzák meg (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) nulla, és ebben az esetben az oldott anyag potenciálja soha nem lehet pozitív. Az oldott anyag koncentrációjának (molaritásban) és az oldott potenciál kapcsolatát a van “t Hoff-egyenlet adja meg:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
ahol M {\ displaystyle M} az oldott anyag moláris koncentrációja, i {\ displaystyle i} a van “t Hoff tényező, az oldatban lévő részecskék mennyiségének és az oldott képletegységek mennyiségének aránya, R {\ displaystyle R } az ideális gázállandó, a T {\ displaystyle T} pedig az abszolút hőmérséklet.
A víz diffundál az ozmotikus membránon át oda, ahol a vízpotenciál alacsonyabb
Például, ha egy oldott anyagot vízben oldunk, a vízmolekulák kevésbé valószínű, hogy az ozmózis révén diffundálódnak el, mint amikor ott vannak nem oldott anyag. Az oldat alacsonyabb és ennélfogva negatívabb vízpotenciállal rendelkezik, mint a tiszta vízé. Továbbá, minél több oldott molekula van jelen, annál negatívabb az oldott potenciál.
Az ozmotikus potenciál fontos következményekkel jár számos élő szervezet számára. Ha egy élő sejtet koncentráltabb oldat vesz körül, akkor a sejt hajlamos lesz elveszíteni a vizet a környező környezet negatívabb vízpotenciáljáig (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}). Ez vonatkozhat a tengervízben élő tengeri élőlényekre és a sós környezetben növekvő halofita növényekre. Növényi sejt esetében a víz áramlása a sejtből végül a plazmamembrán elhúzódását okozhatja a sejtfalból, ami plazmolízishez vezet. A legtöbb növény azonban képes növelni az oldott anyag mennyiségét a sejtben, hogy a sejtbe juttassa a víz áramlását és fenntartsa a turgort.
Ez a hatás felhasználható egy ozmotikus erőmű meghajtására.
A talajoldat ozmotikus potenciált is tapasztal. Az ozmotikus potenciál szervetlen és szerves oldott anyagok jelenléte miatt válik lehetővé a talajoldatban. Ahogy a vízmolekulák egyre inkább összeomlanak az oldott ionok vagy molekulák körül, a víz mozgásszabadsága és ezáltal a potenciális energiája csökken. Az oldott anyagok koncentrációjának növekedésével a talajoldat ozmotikus potenciálja csökken. Mivel a víz hajlamos az alacsonyabb energiaszintek felé haladni, a víz magasabb oldott anyag koncentrációjú zóna felé akar haladni. Bár a folyékony víz csak akkor mozog az ozmotikus potenciál ilyen különbségeire reagálva, ha féligáteresztő membrán van a magas és alacsony ozmotikus potenciál zónái között. Egy féligáteresztő membránra azért van szükség, mert lehetővé teszi a víz átjutását a membránján keresztül, miközben megakadályozza az oldott anyagok mozgását a membránján keresztül. Ha nincs membrán, az oldott anyag mozgása a víz helyett nagyrészt kiegyenlíti a koncentrációkat.
Mivel a talaj régiói általában nem oszlanak el féligáteresztő membránnal, az ozmotikus potenciál általában elhanyagolható mértékben befolyásolja a víz tömeges mozgása a talajokban. Másrészt az ozmotikus potenciál extrém módon befolyásolja a növények vízfelvételének sebességét.Ha a talajokban sok az oldható só, akkor az ozmotikus potenciál valószínűleg alacsonyabb a talajoldatban, mint a növényi gyökérsejtekben. Ilyen esetekben a talajoldat súlyosan korlátozná a növények vízfelvételének sebességét. Sós talajban a talajvíz ozmotikus potenciálja olyan alacsony lehet, hogy a fiatal palánták sejtjei összeomlani kezdenek (plazmolizálódnak).
Mátrixpotenciál (mátrixpotenciál) Szerkesztés
Amikor víz szilárd részecskékkel érintkezik (pl. agyag- vagy homokszemcsék a talajban), a víz és a szilárd anyag közötti molekulák közötti tapadó erők nagyok és fontosak lehetnek. A vízmolekulák és a szilárd részecskék közötti erők a vízmolekulák közötti vonzerővel kombinálva elősegítik a felületi feszültséget és a meniscusok kialakulását a szilárd mátrixban. Erőre van szükség, hogy megtörje ezeket a meniszkuszokat. A mátrixpotenciál nagysága függ a szilárd részecskék – a meniszkusz szélességétől (szintén a kapilláris hatás és a kapilláris végeinél eltérő Pa)) és a szilárd mátrix kémiai összetételétől (meniszkusz, makroszkopikus mozgás az ionos vonzás miatt).
Sok esetben a mátrixpotenciál abszolút értéke viszonylag nagy lehet, összehasonlítva a vízpotenciál fentebb tárgyalt többi komponensével. A mátrixpotenciál jelentősen csökkenti a részecskefelületek közelében lévő víz energiaállapotát. Bár a mátrixpotenciál miatti vízmozgás lassú lehet, mégis rendkívül fontos a növény gyökereinek vízellátásában és a mérnöki alkalmazásokban. A mátrixpotenciál mindig negatív, mert a talajmátrix által vonzott víz energiaállapota alacsonyabb, mint a tiszta vízé. A mátrixpotenciál csak telítetlen talajban fordul elő a vízszint felett. Ha a mátrixpotenciál megközelíti a nulla értéket, akkor szinte az összes talajpórus teljesen megtelik vízzel, azaz teljesen telített és maximális visszatartó képességgel. A mátrixpotenciál jelentősen eltérhet a talajok között. Abban az esetben, ha a víz kevésbé nedves, hasonló porozitású talajzónákba áramlik, a mátrixpotenciál általában −10 és −30 kPa között van.