Potencial hídric

El potencial hídric fa referència a l'energia potencial del aigua, o siga, l'energia lliure que posseïxen les molècules d'aigua per a realisar treball. Quantifica la tendència de l'aigua de fluir des d'un àrea cap a una atra per òsmosis, gravetat, pressió mecànica, o efectes mátricos com la tensió superficial. És un concepte generalment utilisat en fisiologia vegetal que permet explicar la circulació de l'aigua en les plantes; com aixina també en els animals i el sol. Es representa comunament en la lletra grega ___MATH_0___ (Psi).

El potencial hídric està constituït per varis potencials que influïxen sobre el moviment de l'aigua, que poden actuar en les mateixes o diferents direccions. Dins de complexos sistemes biològics, estos factors de potencial juguen un rol d'importància. Per eixemple, l'adició de soluts a l'aigua disminuïx el seu potencial hídric, fent-ho més negatiu, com també un increment en la pressió aumenta el seu potencial, fent-ho més positiu. Si és possible, l'aigua fluirà des d'un àrea d'alt potencial hídric cap a un lloc en potencial menor. Un eixemple molt comú és l'aigua que conté sal dissolta, com l'aigua de mar o la solució dins de cèlulas vives. Estes solucions generalment tenen potencials hídrics negatius, en relació en l'aigua pura de referència (en potencial igual a zero). Si no hi ha cap restricció en el moviment, les molècules d'aigua fluiran des de l'aigua pura cap al menor potencial hídric de la solució. Este fluix continua fins que la diferència en el potencial solut s'equilibre en una atra força, com pot ser, el potencial pressió.

Concepte

El potencial hídric es deriva del potencial químic de l'aigua (μ_w) de manera que:

Ψ = (μ_w - μ_w⁰) / V_w (Pa),

sent μ_w el potencial químic de l'aigua, μ_w⁰ el potencial químic de l'aigua en condicions estàndar i V_w el volum molar de l'aigua.

Freqüentment s'utilisa el megapascal (MPa) com a unitat de el Ψ en lloc del pascal (Pa).

El potencial químic de l'aigua (μ_w) és la contribució, en juliol per mol, a l'energia lliure total del sistema.

μ_w = G_w / n_w (J/mol),

a on G_w és l'energia lliure de l'aigua i n_w els moles d'aigua.

Components

Hi ha varis factors que poden incidir sobre el potencial aigua total, i la suma d'estos potencials determina el potencial aigua i la direcció del fluix d'aigua:

___MATH_1___

a on:

• ___MATH_2___ és la correcció de referència,
• ___MATH_3___ és el potencial solut,
• ___MATH_4___ és el component pressió,
• ___MATH_5___ és el component gravitacional,
• ___MATH_6___ és el potencial en relació en la humitat, i
• ___MATH_7___ és el potencial segons les forces mátricas, causada per l'adheriment o atracció de l'aigua pels sòlits del sol (matriu). Tres forces afecten el nivell energia de l'aigua del sol, cohesió del decorregut, capilaridad i tensió superficial.

Potencial pressió

El potencial pressió està basat en la pressió mecànica, i és un component molt important del potencial hídric total d'una cèlula vegetal. El potencial pressió aumenta quan l'aigua ingressa a la cèlula. A mida que es produïx l'ingrés d'aigua a través de la paret celular i la membrana citoplasmàtica, aumenta el total d'aigua present dins de la cèlula, la qual eixercix una pressió cap a fòra que està continguda per la rigidea estructural de la paret celular. Eixercint esta pressió, la planta pot mantindre la seua turgencia, i per lo tant, la rigidea de la planta. Sense la turgencia, la planta pert la seua estructura i es marchita.

El potencial pressió d'una cèlula vegetal viva és generalment positiva. En cèlules plasmolizadas, el potencial pressió és pràcticament zero. Potencials de pressió negatius poden ocórrer quan l'aigua es troba baix l'influència d'una tensió, com es dona en els gots del xilema.

Potencial de soluts

L'aigua pura, per convenció, té potencial osmótico (___MATH_8___) zero, per lo tant, un potencial solut mai pot ser positiu. La relació entre la concentració de solut (en molaridad) el potencial solut es dona per l'equació de van't Hoff:

___MATH_9___

a on___MATH_10___ és la concentració en molaridad del solut, ___MATH_11___ és el factor de van't Hoff, la relació entre la cantitat de partícules en solució i la cantitat d'unitats de fòrmula dissoltes, ___MATH_12___ és la constant dels gasos ideals, i ___MATH_13___ és la temperatura absoluta.

Per eixemple, quan un solut es dissol en aigua, les molècules d'aigua tendixen a difondre cap a fòra a través d'òsmosis, que quan no s'agrega cap solut. Una solució per lo tant tindrà un potencial hídric més baix i per lo tant més negatiu que la de l'aigua pura. A major cantitat de molècules de solut presents, més negatiu és el potencial solut.

El potencial osmótico té una implicació molt important per a molts organismes vius. Si una cèlula viva en un potencial solut es troba en mig d'una solució més concentrada, la cèlula tendirà a perdre aigua cap al potencial hídric més negatiu (___MATH_14___) de l'ambient que la rodeja. Este cas es dona generalment en organismes marins que viuen baix de l'aigua de mar i plantes halófitas que creixen en sols salinos. En el cas d'una cèlula vegetal, el fluix d'aigua cap a fòra de la mateixa ocasionarà que la membrana citoplasmàtica se separe de la paret celular, la qual cosa resulta en plasmólisis. Açò es pot medir en plantes utilisant bombes de pressió. No obstant, la majoria de les plantes tenen l'habilitat d'aumentar el potencial solut de les seues cèlules per a promoure el fluix d'aigua cap a dins de les mateixes, i aixina mantindre la turgencia.

Este efecte pot ser utilisat com a font d'energia per a la denominada energia blava solar.

Potencial mátrico o potencial matricial

Quan l'aigua entra en contacte en partícules sòlides (com per eixemple partícules d'argila o arena del sol), les forces intermoleculars d'adheriment entre l'aigua i el sòlit poden ser grans i importants. Estes forces en combinació en l'atracció entre molècules d'aigua pot generar una tensió superficial i la formació de micelas dins de la matriu del sòlit. Es requerix una força per a trencar estes micela. La magnitut del potencial mátrico depén de les distàncies entre les partícules sòlides, l'ample de les micela (vejau també capilaridad) i la composició química de la matriu sòlida. En molts casos, el potencial mátrico pot ser prou gran i comparable a atres components del potencial hídric.

Els potencials mátricos són molt importants per a l'economia de l'aigua d'una planta. Potencials mátricos forts (molt negatius) unixen a l'aigua en les partícules del sol en sols molt secs. Els vegetals formen potencials mátricos inclús més negatius en els menuts poros de les parets celulars de les cèlules dels fulls per a extraure aigua del sol i permetre que l'activitat fisiològica continue en periodos de sequia. Les llavors en germinació tenen un potencial mátrico molt negatiu, açò fa que l'aigua s'absorbixca inclús en sols secs, hidratando la llavor. l'arbusto de la creosota pot tolerar estrés hídrics extrems, sobrevivint inclús fins a -120 bars de potencial hídric.