Veel verschillende factoren kunnen het totale waterpotentieel beïnvloeden, en de som van deze potentialen bepaalt het totale waterpotentieel en de richting van de waterstroom:
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}}
waarbij:
Al deze factoren worden gekwantificeerd als potentiële energieën per volume-eenheid, en verschillende subsets van deze termen kunnen worden gebruikt voor bepaalde toepassingen ( bijv. planten of bodems). Afhankelijk van de toepassing worden ook verschillende condities als referentie gedefinieerd: in bodems wordt de referentieconditie bijvoorbeeld typisch gedefinieerd als zuiver water aan het bodemoppervlak.
Drukpotentiaal Bewerken
Drukpotentieel is gebaseerd op mechanische druk, en is een belangrijk onderdeel van het totale waterpotentieel in plantencellen. Het drukpotentieel neemt toe naarmate er water in een cel komt. Terwijl water door de celwand en het celmembraan stroomt, verhoogt het de totale hoeveelheid water die in de cel aanwezig is, waardoor een naar buiten gerichte druk wordt uitgeoefend die wordt tegengegaan door de structurele stijfheid van de celwand. Door deze druk te creëren kan de plant de turgor behouden, waardoor de plant zijn stijfheid behoudt. Zonder turgor verliezen planten hun structuur en verwelken ze.
Het drukpotentieel in een plantencel is meestal positief. In plasmolyse cellen is het drukpotentiaal bijna nul. Negatieve drukpotentialen treden op wanneer water door een open systeem wordt gezogen, zoals een xyleemvat van een plant. Het weerstaan van negatieve drukpotentialen (vaak spanning genoemd) is een belangrijke aanpassing van xyleem. Deze spanning kan empirisch worden gemeten met behulp van de drukbom.
Osmotisch potentieel (opgelost potentieel) Bewerken
Zuiver water wordt gewoonlijk gedefinieerd als een osmotisch potentieel (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) van nul, en in dit geval kan het opgeloste potentieel nooit positief zijn. De relatie tussen de concentratie van opgeloste stof (in molariteit) en het potentieel van de opgeloste stof wordt gegeven door de van “t Hoff-vergelijking:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
waarbij M {\ displaystyle M} de molariteitsconcentratie van de opgeloste stof is, i {\ displaystyle i} de van “t Hoff-factor, de verhouding tussen de hoeveelheid deeltjes in oplossing en het aantal opgeloste formule-eenheden, R {\ displaystyle R } is de ideale gasconstante en T {\ displaystyle T} is de absolute temperatuur.
Het water verspreidt over het osmotische membraan naar waar het waterpotentieel lager is
Als een opgeloste stof bijvoorbeeld wordt opgelost in water, is de kans kleiner dat watermoleculen via osmose diffunderen dan wanneer is geen opgeloste stof. Een oplossing heeft een lager en dus negatiever waterpotentieel dan dat van zuiver water. Bovendien, hoe meer opgeloste moleculen er aanwezig zijn, hoe negatiever het opgeloste potentieel is.
Osmotisch potentieel heeft belangrijke implicaties voor veel levende organismen. Als een levende cel wordt omgeven door een meer geconcentreerde oplossing, zal de cel de neiging hebben om water te verliezen ten opzichte van het meer negatieve waterpotentieel (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) van de omgeving. Dit kan het geval zijn voor mariene organismen die in zeewater leven en halofytische planten die groeien in zoute omgevingen. In het geval van een plantencel kan de waterstroom uit de cel er uiteindelijk voor zorgen dat het plasmamembraan van de celwand wegtrekt, wat leidt tot plasmolyse. De meeste planten hebben echter het vermogen om de hoeveelheid opgeloste stof in de cel te verhogen om de waterstroom naar de cel te drijven en de turgor te behouden.
Dit effect kan worden gebruikt om een osmotische energiecentrale van stroom te voorzien.
Een bodemoplossing ervaart ook osmotisch potentieel. Het osmotische potentieel wordt mogelijk gemaakt door de aanwezigheid van zowel anorganische als organische opgeloste stoffen in de bodemoplossing. Naarmate watermoleculen steeds meer rond opgeloste ionen of moleculen klonteren, wordt de bewegingsvrijheid, en dus de potentiële energie, van het water verminderd. Naarmate de concentratie van opgeloste stoffen wordt verhoogd, wordt het osmotische potentieel van de bodemoplossing verminderd. Omdat water de neiging heeft om naar lagere energieniveaus te bewegen, zal water naar de zone met hogere concentraties opgeloste stof willen reizen. Hoewel vloeibaar water alleen beweegt als reactie op dergelijke verschillen in osmotisch potentieel als er een semipermeabel membraan bestaat tussen de zones met hoog en laag osmotisch potentieel. Een semipermeabel membraan is nodig omdat het water door het membraan laat en verhindert dat opgeloste stoffen door het membraan gaan. Als er geen membraan aanwezig is, egaliseert beweging van de opgeloste stof, in plaats van het water, de concentraties grotendeels.
Aangezien bodemgebieden meestal niet worden gedeeld door een semipermeabel membraan, heeft de osmotische potentiaal doorgaans een verwaarloosbare invloed op de massale beweging van water in bodems. Aan de andere kant heeft osmotisch potentieel een extreme invloed op de snelheid van wateropname door planten.Als bodems veel oplosbare zouten bevatten, is het osmotische potentieel waarschijnlijk lager in de bodemoplossing dan in de wortelcellen van de plant. In dergelijke gevallen zou de bodemoplossing de snelheid van wateropname door planten ernstig beperken. In zoute bodems kan het osmotische potentieel van bodemwater zo laag zijn dat de cellen in jonge zaailingen beginnen in te storten (plasmolyse).
Matrixpotentieel (Matrisch potentieel) Bewerken
Wanneer water in contact is met vaste deeltjes (bijv. klei of zanddeeltjes in de bodem), kunnen adhesieve intermoleculaire krachten tussen het water en de vaste stof groot en belangrijk zijn. De krachten tussen de watermoleculen en de vaste deeltjes in combinatie met aantrekking tussen watermoleculen bevorderen de oppervlaktespanning en de vorming van menisci binnen de vaste matrix. Er is dan kracht nodig om deze menisci te doorbreken. De grootte van de matrixpotentiaal hangt af van de afstanden tussen vaste deeltjes – de breedte van de menisci (ook capillaire werking en verschillende Pa aan de uiteinden van capillair) – en de chemische samenstelling van de vaste matrix (meniscus, macroscopische beweging door ionische aantrekking).
In veel gevallen kan de absolute waarde van het matrixpotentieel relatief groot zijn in vergelijking met de andere componenten van het waterpotentieel die hierboven zijn besproken. Matrixpotentieel vermindert de energietoestand van water nabij deeltjesoppervlakken aanzienlijk. Hoewel waterbeweging als gevolg van matrixpotentieel langzaam kan zijn, is het nog steeds buitengewoon belangrijk bij het leveren van water aan plantenwortels en bij technische toepassingen. Het matrixpotentieel is altijd negatief omdat het water dat wordt aangetrokken door de bodemmatrix een lagere energietoestand heeft dan die van zuiver water. Matrixpotentieel komt alleen voor in onverzadigde grond boven de grondwaterspiegel. Als het matrixpotentiaal een waarde van nul nadert, zijn bijna alle bodemporiën volledig gevuld met water, d.w.z. volledig verzadigd en met een maximaal vasthoudvermogen. Het matrixpotentieel kan aanzienlijk variëren tussen bodems. In het geval dat water wordt afgevoerd naar minder vochtige bodemzones met vergelijkbare porositeit, ligt het matrixpotentieel in het algemeen in het bereik van −10 tot −30 kPa.