potențial de apă Este energia liberă sau capabilă să facă muncă, care are un anumit volum de apă. Astfel, apa din partea superioară a unei cascade sau cascade are un potențial ridicat de apă, care, de exemplu, este capabil să deplaseze o turbină.
Simbolul care este folosit pentru a se referi la potențialul de apă este litera greacă majusculă numită psi, care este scris Ψ. Potențialul de apă al oricărui sistem este măsurat în raport cu potențialul de apă al apei pure în condițiile considerate standard (presiunea unei atmosfere și aceeași înălțime și temperatură a sistemului de studiat).
Factorii care determină potențialul apei sunt gravitația, temperatura, presiunea, hidratarea și concentrația substanțelor dizolvate prezente în apă. Acești factori determină formarea gradienților de potențial de apă și acești gradienți determină difuzia apei..
În acest fel, apa se deplasează dintr-un loc cu potențial de apă ridicat în altul cu potențial de apă scăzut. Componentele potențialului apei sunt potențialul osmotic (concentrația de substanțe dizolvate în apă), potențialul matric (aderența apei la matricele poroase), potențialul gravitațional și potențialul de presiune.
Cunoașterea potențialului apei este esențială pentru a înțelege funcționarea diferitelor fenomene hidrologice și biologice. Acestea includ absorbția apei și a nutrienților de către plante și fluxul de apă în sol..
Indice articol
Potențialul apei este alcătuit din patru componente: potențial osmotic, potențial matric, potențial gravitațional și potențial de presiune. Acțiunea acestor componente determină existența gradienților de potențial de apă.
În mod normal, apa nu este în stare pură, deoarece are solide dizolvate în ea (solute), cum ar fi sărurile minerale. Potențialul osmotic este dat de concentrația de substanțe dizolvate din soluție.
Cu cât este mai mare cantitatea de substanțe dizolvate dizolvate, există mai puțină energie liberă a apei, adică mai puțin potențial de apă. Prin urmare, apa încearcă să stabilească un echilibru curgând din soluții cu o concentrație scăzută de substanțe dizolvate către soluții cu o concentrație mare de substanțe dizolvate..
În acest caz, factorul determinant este prezența unei matrice sau structuri de materiale hidratabile, adică are o afinitate pentru apă. Acest lucru se datorează forțelor de aderență create între molecule, în special legăturilor de hidrogen formate între moleculele de apă, atomii de oxigen și grupările hidroxil (OH)..
De exemplu, adeziunea apei la argile din sol este un caz de potențial de apă bazat pe potențialul matric. Aceste matrice, prin atragerea apei, generează un potențial de apă pozitiv, prin urmare apa din afara matricei curge spre ea și tinde să rămână în interior, așa cum se întâmplă într-un burete..
Forța gravitațională a Pământului este în acest caz cea care stabilește gradientul potențial, deoarece apa va tinde să cadă în jos. Apa situată la o anumită înălțime are o energie liberă determinată de atracția pe care Pământul o exercită asupra masei sale..
De exemplu, apa dintr-un rezervor de apă ridicat cade liber prin conductă și se deplasează cu acea energie cinetică (de mișcare) până ajunge la robinet..
În acest caz, apa sub presiune are o energie liberă mai mare, adică un potențial de apă mai mare. Prin urmare, această apă se va deplasa de la locul în care este sub presiune la locul unde nu este și, în consecință, există mai puțină energie liberă (mai puțin potențial de apă).
De exemplu, când dozăm picături folosind un picurător, prin apăsarea butonului din cauciuc aplicăm o presiune care dă energie apei. Datorită acestei energii libere mai mari, apa se deplasează spre exterior, unde presiunea este mai mică.
Există o varietate de metode de măsurare a potențialului de apă, unele potrivite pentru sol, altele pentru țesuturi, pentru sisteme hidraulice mecanice și altele. Potențialul apei este echivalent cu unitățile de presiune și se măsoară în atmosfere, bare, pascale sau psi (lire sterline pe inch pătrat)..
Iată câteva dintre aceste metode:
Dacă doriți să măsurați potențialul de apă al unei frunze de plantă, puteți utiliza o cameră de presiune sau o pompă Scholander. Aceasta constă dintr-o cameră etanșă în care este așezată întreaga frunză (lamina cu pețiolul său).
Apoi, presiunea din interiorul camerei este crescută prin introducerea unui gaz sub presiune, măsurând presiunea la care se ajunge prin intermediul unui manometru. Presiunea gazului pe frunză crește, până la punctul în care apa conținută în ea țâșnește prin țesutul vascular al pețiolului..
Presiunea indicată de manometru când apa părăsește frunza corespunde potențialului de apă al frunzei..
Există mai multe alternative pentru a măsura potențialul de apă folosind instrumente speciale numite sonde de presiune. Acestea sunt concepute pentru a măsura potențialul de apă al solului, bazat în principal pe potențialul matric.
De exemplu, există sonde digitale care funcționează pe baza introducerii în sol a unei matrice ceramice poroase conectate la un senzor de umiditate. Această ceramică este hidratată cu apa din sol până ajunge la un echilibru între potențialul de apă din matricea ceramică și potențialul de apă al solului..
Ulterior, senzorul determină conținutul de umiditate al ceramicii și estimează potențialul de apă al solului.
Există, de asemenea, sonde capabile să măsoare potențialul de apă din țesuturile plantelor, cum ar fi tulpina unei plante. Un model constă dintr-un tub foarte subțire, cu vârf fin (tub micropilar), care este introdus în țesut.
La pătrunderea țesutului viu, soluția conținută în celule urmează un gradient de potențial definit de presiunea conținută în tulpină și este introdusă în micropilă. Când lichidul din tulpină intră în tub, acesta împinge un ulei conținut în acesta care activează o sondă de presiune sau un manometru care atribuie o valoare corespunzătoare potențialului de apă
Pentru a măsura potențialul apei pe baza potențialului osmotic, pot fi determinate variațiile de greutate ale unui țesut scufundat în soluții la diferite concentrații de solut. Pentru aceasta, se prepară o serie de eprubete, fiecare cu o concentrație crescută cunoscută a unui dizolvat, de exemplu zaharoză (zahăr)..
Adică, dacă există 10 cmc de apă în fiecare din cele 5 tuburi, se adaugă 1 mg zaharoză în primul tub, 2 mg în a doua și, astfel, până la 5 mg în ultima. Prin urmare, avem o baterie crescândă de concentrații de zaharoză.
Apoi, 5 secțiuni de greutate egală și cunoscută sunt tăiate din țesutul al cărui potențial de apă urmează să fie determinat (de exemplu, bucăți de cartofi). O secțiune este apoi plasată în fiecare eprubetă și după 2 ore, secțiunile de țesut sunt îndepărtate și cântărite..
Se așteaptă ca unele piese să piardă în greutate din cauza pierderii de apă, altele se vor fi îngrășat deoarece au absorbit apa, iar altele vor menține greutatea.
Cei care au pierdut apă au fost într-o soluție în care concentrația zaharozei a fost mai mare decât concentrația de substanțe dizolvate din țesut. Prin urmare, apa curgea în funcție de gradientul potențialului osmotic de la cea mai mare concentrație la cea mai mică, iar țesutul a pierdut apă și greutate..
Dimpotrivă, țesutul care a câștigat apă și greutate a fost într-o soluție cu o concentrație mai mică de zaharoză decât concentrația de substanțe dizolvate din țesut. În acest caz, gradientul de potențial osmotic a favorizat intrarea apei în țesut..
În cele din urmă, în cazul în care țesutul și-a menținut greutatea inițială, se deduce că concentrația în care a fost găsit are aceeași concentrație de solut. Prin urmare, această concentrație va corespunde potențialului de apă al țesutului studiat..
Un copac înalt de 30 m trebuie să transporte apă de la sol până la ultima frunză, iar acest lucru se face prin sistemul său vascular. Acest sistem este un țesut specializat format din celule moarte și asemănătoare cu tuburile foarte subțiri..
Transportul este posibil datorită diferențelor de potențial de apă care sunt generate între atmosferă și frunze, care la rândul lor sunt transmise sistemului vascular. Frunza pierde apă în stare gazoasă datorită concentrației mai mari de vapori de apă din ea (potențial de apă mai mare) în comparație cu mediul (potențial de apă mai scăzut).
Pierderea aburului generează o presiune negativă sau o aspirație care forțează apa din vasele sistemului vascular spre lama frunzei. Această aspirație este transmisă din sticlă în sticlă până ajunge la rădăcină, unde celulele și spațiile intercelulare sunt încorporate în apa absorbită din sol..
Apa din sol pătrunde în rădăcină datorită unei diferențe de potențial osmotic între apa din celulele epidermei rădăcinii și cea a solului. Acest lucru se întâmplă deoarece celulele rădăcinii au substanțe dizolvate în concentrație mai mare decât apa din sol..
Multe plante din medii uscate rețin apa producând mucilagiu (substanță vâscoasă) care este stocată în vacuolele lor. Aceste molecule rețin apa reducându-și energia liberă (potențial scăzut de apă), în acest caz componenta matricală a potențialului apei fiind decisivă..
În cazul unui sistem de alimentare cu apă bazat pe un rezervor ridicat, acesta este umplut cu apă datorită efectului potențialului de presiune. Compania care furnizează serviciul de apă, pune presiune pe ea folosind pompe hidraulice și astfel depășește forța de greutate pentru a ajunge la rezervor..
Odată ce rezervorul este plin, apa este distribuită din acesta datorită unei diferențe de potențial între apa stocată în rezervor și orificiile de evacuare a apei din casă. Deschiderea unui robinet stabilește un gradient de potențial gravitațional între apa din robinet și cea a rezervorului..
Prin urmare, apa din rezervor are o energie liberă mai mare (potențial de apă mai mare) și cade în principal din cauza forței de greutate..
Componenta principală a potențialului de apă al solului este potențialul matric, dată fiind forța de aderență care se stabilește între argile și apă. Pe de altă parte, potențialul gravitațional afectează gradientul de deplasare verticală a apei din sol..
Multe procese care au loc în sol depind de energia liberă a apei conținute în sol, adică de potențialul său de apă. Printre aceste procese se numără nutriția și transpirația plantelor, infiltrarea apei de ploaie și evaporarea apei din sol..
În agricultură este important să se determine potențialul de apă al solului pentru a aplica în mod corespunzător irigarea și fertilizarea. Dacă potențialul matric al solului este foarte mare, apa va rămâne atașată de argile și nu va fi disponibilă pentru absorbție de către plante..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.