Molti fattori diversi possono influenzare il potenziale idrico totale e la somma di questi potenziali determina il potenziale idrico complessivo e la direzione del flusso dacqua:
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}}
dove:
Tutti questi fattori sono quantificati come energie potenziali per unità di volume e diversi sottoinsiemi di questi termini possono essere usati per applicazioni particolari ( ad es. piante o terreni). Anche condizioni diverse sono definite come riferimento a seconda dellapplicazione: ad esempio, nei suoli, la condizione di riferimento è tipicamente definita come acqua pura alla superficie del suolo.
Potenziale di pressione Modifica
Potenziale di pressione si basa sulla pressione meccanica ed è una componente importante del potenziale idrico totale allinterno delle cellule vegetali. Il potenziale di pressione aumenta quando lacqua entra in una cella. Quando lacqua passa attraverso la parete cellulare e la membrana cellulare, aumenta la quantità totale di acqua presente allinterno della cellula, che esercita una pressione verso lesterno che è contrastata dalla rigidità strutturale della parete cellulare. Creando questa pressione, la pianta può mantenere il turgore, che consente alla pianta di mantenere la sua rigidità. Senza turgore, le piante perderanno struttura e avvizziranno.
Il potenziale di pressione in una cellula vegetale è generalmente positivo. Nelle cellule plasmolizzate, il potenziale di pressione è quasi zero. Potenziali di pressione negativa si verificano quando lacqua viene aspirata attraverso un sistema aperto come un vaso xilema vegetale. La resistenza ai potenziali di pressione negativa (spesso chiamati tensione) è un importante adattamento dello xilema. Questa tensione può essere misurata empiricamente utilizzando la bomba a pressione.
Potenziale osmotico (potenziale del soluto) Modifica
Lacqua pura è solitamente definita come avente un potenziale osmotico (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) di zero, e in questo caso, il potenziale del soluto non può mai essere positivo. La relazione tra la concentrazione del soluto (in molarità) e il potenziale del soluto è data dallequazione di van “t Hoff:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
dove M {\ displaystyle M} è la concentrazione in molarità del soluto, i {\ displaystyle i} è il fattore van “t Hoff, il rapporto tra la quantità di particelle in soluzione e la quantità di unità formula disciolte, R {\ displaystyle R } è la costante del gas ideale e T {\ displaystyle T} è la temperatura assoluta.
Lacqua si diffonde attraverso la membrana osmotica fino a dove il potenziale idrico è inferiore
Ad esempio, quando un soluto viene disciolto in acqua, le molecole dacqua hanno meno probabilità di diffondersi via osmosi rispetto a quando sono presenti non è un soluto. Una soluzione avrà un potenziale idrico inferiore e quindi più negativo di quello dellacqua pura. Inoltre, più molecole di soluto sono presenti, più negativo è il potenziale del soluto.
Il potenziale osmotico ha importanti implicazioni per molti organismi viventi. Se una cellula vivente è circondata da una soluzione più concentrata, la cellula tenderà a perdere acqua a causa del potenziale idrico più negativo (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) dellambiente circostante. Questo può essere il caso degli organismi marini che vivono nellacqua di mare e delle piante alofitiche che crescono in ambienti salini. Nel caso di una cellula vegetale, il flusso di acqua fuori dalla cellula può eventualmente causare il distacco della membrana plasmatica dalla parete cellulare, portando alla plasmolisi. La maggior parte delle piante, tuttavia, ha la capacità di aumentare il soluto allinterno della cellula per guidare il flusso dacqua nella cellula e mantenere il turgore.
Questo effetto può essere utilizzato per alimentare una centrale elettrica osmotica.
Una soluzione del suolo sperimenta anche un potenziale osmotico. Il potenziale osmotico è reso possibile dalla presenza di soluti sia inorganici che organici nella soluzione del suolo. Man mano che le molecole dacqua si raggruppano sempre più attorno a ioni o molecole di soluto, la libertà di movimento, e quindi lenergia potenziale, dellacqua viene ridotta. Allaumentare della concentrazione di soluti, il potenziale osmotico della soluzione del suolo si riduce. Poiché lacqua ha la tendenza a spostarsi verso livelli di energia inferiori, lacqua vorrà viaggiare verso la zona di concentrazioni di soluti più elevate. Tuttavia, lacqua liquida si muoverà solo in risposta a tali differenze di potenziale osmotico se esiste una membrana semipermeabile tra le zone di potenziale osmotico alto e basso. Una membrana semipermeabile è necessaria perché consente allacqua di attraversare la sua membrana mentre impedisce ai soluti di muoversi attraverso la sua membrana. Se non è presente alcuna membrana, il movimento del soluto, piuttosto che dellacqua, equalizza ampiamente le concentrazioni.
Poiché le regioni del suolo di solito non sono divise da una membrana semipermeabile, il potenziale osmotico ha tipicamente uninfluenza trascurabile sulla il movimento di massa dellacqua nel suolo. Daltra parte, il potenziale osmotico ha uninfluenza estrema sulla velocità di assorbimento dellacqua da parte delle piante.Se i terreni sono ricchi di sali solubili, è probabile che il potenziale osmotico sia inferiore nella soluzione del suolo rispetto alle cellule delle radici delle piante. In questi casi, la soluzione del suolo limiterebbe gravemente la velocità di assorbimento dellacqua da parte delle piante. In terreni salati, il potenziale osmotico dellacqua del suolo può essere così basso che le cellule nelle giovani piantine iniziano a collassare (plasmolyze).
Potenziale matrice (potenziale matrico) Modifica
Quando lacqua è a contatto con particelle solide (ad esempio, particelle di argilla o sabbia allinterno del suolo), le forze adesive intermolecolari tra lacqua e il solido possono essere grandi e importanti. Le forze tra le molecole dacqua e le particelle solide in combinazione con lattrazione tra le molecole dacqua promuovono la tensione superficiale e la formazione di menischi allinterno della matrice solida. La forza è quindi necessaria per rompere questi menischi. Lampiezza del potenziale della matrice dipende dalle distanze tra le particelle solide – lampiezza dei menischi (anche azione capillare e Pa differente alle estremità del capillare) – e dalla composizione chimica della matrice solida (menisco, movimento macroscopico dovuto allattrazione ionica).
In molti casi, il valore assoluto del potenziale della matrice può essere relativamente grande rispetto agli altri componenti del potenziale idrico discussi sopra. Il potenziale della matrice riduce notevolmente lo stato energetico dellacqua vicino alle superfici delle particelle. Sebbene il movimento dellacqua dovuto al potenziale della matrice possa essere lento, è ancora estremamente importante per fornire acqua alle radici delle piante e nelle applicazioni di ingegneria. Il potenziale della matrice è sempre negativo perché lacqua attratta dalla matrice del suolo ha uno stato energetico inferiore a quello dellacqua pura. Il potenziale di matrice si verifica solo nel terreno insaturo sopra la falda freatica. Se il potenziale della matrice si avvicina a un valore zero, quasi tutti i pori del suolo sono completamente riempiti dacqua, cioè completamente saturi e alla massima capacità di ritenzione. Il potenziale della matrice può variare considerevolmente tra i suoli. Nel caso in cui lacqua dreni in zone di terreno meno umide di porosità simile, il potenziale della matrice è generalmente compreso tra −10 e −30 kPa.