Mulți factori diferiți pot afecta potențialul total al apei, iar suma acestor potențiale determină potențialul global al apei și direcția de curgere a apei:
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}}
unde:
Toți acești factori sunt cuantificați ca energii potențiale pe unitate de volum și pot fi folosiți diferiți subseturi ai acestor termeni pentru anumite aplicații ( de exemplu, plante sau soluri). Condiții diferite sunt, de asemenea, definite ca referință în funcție de aplicație: de exemplu, în soluri, condiția de referință este de obicei definită ca apă pură la suprafața solului.
Potențial de presiune Editați
Potențial de presiune se bazează pe presiunea mecanică și este o componentă importantă a potențialului total de apă din celulele plantei. Potențialul de presiune crește pe măsură ce apa intră într-o celulă. Pe măsură ce apa trece prin peretele celular și membrana celulară, crește cantitatea totală de apă prezentă în interiorul celulei, care exercită o presiune exterioară care se opune rigidității structurale a peretelui celular. Prin crearea acestei presiuni, planta poate menține turgența, ceea ce permite plantei să-și păstreze rigiditatea. Fără turgere, plantele își vor pierde structura și ofilirea.
Potențialul de presiune dintr-o celulă vegetală este de obicei pozitiv. În celulele plasmolizate, potențialul de presiune este aproape zero. Potențialele de presiune negativă apar atunci când apa este trasă printr-un sistem deschis, cum ar fi un vas de plante xilem. Rezistența potențialelor de presiune negativă (numită frecvent tensiune) este o adaptare importantă a xilemului. Această tensiune poate fi măsurată empiric folosind bomba de presiune.
Potențial osmotic (potențial solut) Edit
Apa pură este de obicei definită ca având un potențial osmotic (Ψ π {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi}}) de zero și, în acest caz, potențialul solut nu poate fi niciodată pozitiv. Relația concentrației solutului (în molaritate) cu potențialul solutului este dată de ecuația van „t Hoff:
Ψ π = – M i RT {\ displaystyle \ Psi _ {\ pi} = – MiRT}
unde M {\ displaystyle M} este concentrația în molaritate a dizolvatului, i {\ displaystyle i} este factorul van „t Hoff, raportul dintre cantitatea de particule din soluție și cantitatea de unități de formulă dizolvate, R {\ displaystyle R } este constanta ideală a gazului, iar T {\ displaystyle T} este temperatura absolută.
Apa difuzează de-a lungul membranei osmotice până unde potențialul apei este mai mic
De exemplu, atunci când un dizolvat este dizolvat în apă, moleculele de apă sunt mai puțin susceptibile să se difuzeze prin osmoză decât atunci când există nu este un solut. O soluție va avea un potențial de apă mai mic și, prin urmare, mai negativ decât cel al apei pure. Mai mult, cu cât prezintă mai multe molecule de solut, cu atât este mai negativ potențialul de solut.
Potențialul osmotic are implicații importante pentru multe organisme vii. Dacă o celulă vie este înconjurată de o soluție mai concentrată, celula va avea tendința de a pierde apă pentru potențialul de apă mai negativ (Ψ w {\ displaystyle \ Psi _ {w}}) din mediul înconjurător. Acesta poate fi cazul organismelor marine care trăiesc în apa de mare și plantelor halofitice care cresc în medii saline. În cazul unei celule vegetale, fluxul de apă din celulă poate determina în cele din urmă membrana plasmatică să se îndepărteze de peretele celular, ducând la plasmoliză. Cu toate acestea, majoritatea plantelor au capacitatea de a crește solutul din interiorul celulei pentru a conduce fluxul de apă în celulă și pentru a menține turgența.
Acest efect poate fi utilizat pentru a alimenta o centrală osmotică.
O soluție de sol are, de asemenea, un potențial osmotic. Potențialul osmotic este posibil datorită prezenței atât a substanțelor dizolvate anorganice, cât și a celor organice în soluția solului. Pe măsură ce moleculele de apă se adună din ce în ce mai mult în jurul ionilor sau moleculelor dizolvate, libertatea de mișcare și, astfel, energia potențială a apei este redusă. Pe măsură ce concentrația de substanțe dizolvate este crescută, potențialul osmotic al soluției solului este redus. Deoarece apa are tendința de a se deplasa către niveluri mai mici de energie, apa va dori să se deplaseze către zona cu concentrații mai mari de solut. Deși apa lichidă se va mișca ca răspuns la astfel de diferențe de potențial osmotic dacă există o membrană semipermeabilă între zonele cu potențial osmotic ridicat și scăzut. Este necesară o membrană semipermeabilă, deoarece permite apei prin membrana sa, împiedicând în același timp mișcarea solutelor prin membrana sa. Dacă nu există nicio membrană, mișcarea solutului, mai degrabă decât a apei, egalizează în mare măsură concentrațiile.
Deoarece regiunile solului nu sunt de obicei împărțite de o membrană semipermeabilă, potențialul osmotic are de obicei o influență neglijabilă asupra mișcarea în masă a apei în soluri. Pe de altă parte, potențialul osmotic are o influență extremă asupra ratei de absorbție a apei de către plante.Dacă solurile sunt bogate în săruri solubile, potențialul osmotic este probabil mai mic în soluția solului decât în celulele rădăcinii plantei. În astfel de cazuri, soluția solului ar restricționa sever rata de absorbție a apei de către plante. În solurile sărate, potențialul osmotic al apei din sol poate fi atât de scăzut încât celulele din răsadurile tinere încep să se prăbușească (plasmolyze).
Potențialul matricei (potențialul matricial) Edit
Când apa este în contact cu particule solide (de exemplu, particule de argilă sau nisip în sol), forțele intermoleculare adezive între apă și solid pot fi mari și importante. Forțele dintre moleculele de apă și particulele solide în combinație cu atracția printre moleculele de apă promovează tensiunea superficială și formarea meniscurilor în matricea solidă. Apoi este necesară forța pentru a sparge aceste menisci. Mărimea potențialului matricei depinde de distanțele dintre particulele solide – lățimea meniscurilor (de asemenea acțiunea capilară și Pa diferită la capetele capilarului) – și compoziția chimică a matricei solide (menisc, mișcare macroscopică datorită atracției ionice).
În multe cazuri, valoarea absolută a potențialului matricei poate fi relativ mare în comparație cu celelalte componente ale potențialului de apă discutate mai sus. Potențialul matricial reduce semnificativ starea energetică a apei în apropierea suprafețelor particulelor. Deși mișcarea apei datorită potențialului matricei poate fi lentă, este totuși extrem de importantă în alimentarea cu apă a rădăcinilor plantelor și în aplicațiile inginerești. Potențialul matricei este întotdeauna negativ, deoarece apa atrasă de matricea solului are o stare de energie mai mică decât cea a apei pure. Potențialul matricial apare numai în solul nesaturat de deasupra nivelului freatic. Dacă potențialul matricei se apropie de o valoare zero, aproape toți porii solului sunt complet umpluți cu apă, adică complet saturați și cu capacitate de retenție maximă. Potențialul matricei poate varia considerabil între soluri. În cazul în care apa se scurge în zone de sol mai puțin umede, cu porozitate similară, potențialul matricei este în general în intervalul de la -10 la -30 kPa.