Vannpotensial

Vannpotensial - Det potensielle energiinnholdet til vannmolekyler. Avhengig av årsak til energiinnholdet (tyngekraft, trykk, oppløste stoffer) beveger vann seg fra et sted med høyt vannpotensial til et sted med lavt (mest negativt) vannpotensial. Vannpotensial psi er lik kjemisk potensial med enhet J mol-1 dividert på molvolumet for vann (18 cm3 mol-1= 18 ml/mol), som kan omregnes til måleenhten m3 mol-1. Dette gir J mol-1/cm3 mol-1 =J m-2m-1·10-4 =N m-2×10-4 som tilsvarer målenheten Pascal (Pa). Ved dette regneknep får vannpotensialet måleenheten Pascal (Pa) dvs. trykk, oppkalt etter Blaise Pascal.  1 Pa = 1 N m-2.

Vannpotensial

Hvor v subskrift står for vann.

 

Vannpotensial

Energienheten Joule, oppkalt etter James Prescott Joule (1818-1889), er lik arbeidet eller energien som blir overført til et objekt når kraften 1 Newton (N) virker på objektet 1 meter i bevegelsesretningen. 1 J = 1 N·m. Måleenheten Newton (N), oppkalt etter Isaac Newton, er et mål på kraft og 1 N = 1 kg m s-2.  Tyngdens akselerasjon er 9.81 m s-2. Det vil si at på Jorden vil en masse på 1 kilo (kg) blir trukket nedover med en kraft på 9.81 N. F = m·a, hvor F er kraft, m er masse og a er akselerasjon.  Akselerasjon er endring i hastighet per tidsenhet og har måleenhet m s-2. Måleenheten Watt er et mål på effekt, arbeid per tidsenhet og 1 Watt (W) = 1 Joule per sekund (1J s-1 = 1J/s). 1Watt er også lik 1 Volt-Ampere, 1W = 1V·A.

\(J = N \cdot m=\frac {kg \cdot m^2}{s^2}=Pa \cdot m^3= W \cdot s =C \cdot V\)

hvor C er Coulomb, elektrisk ladning og V er Volt, elektrisk spenning. 100 kPa = 1 bar. Atmosfæretrykket ved havnivå er ca. 101.325 kilppascal (kPa) = 0.101325 megapascal (MPa). Dvs. at atmosfæretrykket er omtrent 1 bar. 1 millibar = 1 hektopascal, en måleenhet til å måle atmosfæretrykk.

Vannpotensialet angis litt forskjellig i forskjellige bøker. \(\Psi_\pi\) står for osmotisk trykk, \(\Psi_p\) for hydrostatisk trykk og \(\Psi_h\)=0.0098 MPa m-1\(\Psi_\pi\) er osmotisk potensial, og legg merke til det negative fortegnet for osmotisk trykk. \(\Psi_p\)er trykkpotensial. \(\Psi_h\) er gravitasjonspotensial. En atmosfære tilsvarer 0.1013 MPa, dvs. en atmosfære kan holde oppreist en vannsøyle på ca. 10.3 meter, eller ca. 760 mm kvikksølv (Hg). Høydeleddet kan man se bort fra hvis det gjelder transport fra celle til celle i samme høyde.

Som referanse for vannpotensial brukes rent vann ved vanlig atmosfæretrykk som ved definisjon har vannpotensial \(\Psi\) = 0. Vannpotensial i sjøvann er ca. -2.5 MPa Matrikspotensial (\(\Psi_m\))som skyldes adsorpsjon av vann til overflater, f.eks. når tørt frø tar opp vann (imbibering) og spirer eller vann i jord, inngår noen ganger som et ledd i vannpotensialet. Det er vanskelig å atskille hva som er det osmotiske potensial og matrikspotensial i denne sammenheng. Derfor foretrekker noen å utelate matrikspotensialet i ligningen ovenfor. I celler oppstår trykkpotensial fra krefter som virker utover mot celleveggen når protoplasten utvider seg og presser mot veggen. Dette trykket kalles turgortrykk. En like stor, men motsatt rettet kraft kalles veggtrykk. En celle som har et turgortrykk sies å være turgid. En celle som har mistet så mye vann at turgortrykket er lik 0 eller mindre sies å være plasmolysert. Man kan også bestemme vannpotensialet i luft:

Vannpotensial i luft

hvor rF er relativ fuktighet i % og Vv er molvolumet for vann. ved 20oC er RT/Vv lik 135 MPa. Dette betyr at f.eks. 90 % relativ fuktighet gir et vannpotensial på -14.2 MPa ! Vannpotensial i plantevev kan måles eksperimentelt ved å måle vektforandring i plantevev som ligger i løsninger med forskjellig vannpotensial. En annen metode er termokoblinpsykrometri. Det osmotiske potensial kan måles med frysepunktdepresjon av løsningen, eller ved å observere grenseplasmolyse av planteceller i et mikroskop. Et mikromanometer kan brukes til å måle turgortrykket i celler.

Scholanders trykkbombe kan brukes til å måle det negative hydrostatiske trykket (tensjonen) som finnes i xylem (vedvev) i et skudd med transpirasjon. Noe av paradokset i de store negative vannpotensialverdiene man får i tørr luft, sammenlignet med lufttrykket =1MPa, skyldes regnetrikset, hvor det vi egentlig ser på er joule per mol. Dessuten skyldes det den spesielle egenskapen til vann, molariteten til vann i vann er 55.6 molar (M).

Eksempel på en vannpotensialgradient for et tre

Vannpotensialgradient for et tre

Løvetannstilk oppsplittet og lagt i vann

Vann går alltid til det stedet med lavest (mest negativt) vannpotensial. Splittes stilken på en løvetann og legges i rent vann (vannpotensial er lik 0) så vil ikke vann komme inn i cellene fra utsiden av stilken grunnet epidermis dekket med kutikula og voks, men fra innsiden går vann inn i cellene som har lavt vannpotensial. Turgortrykket stiger i cellene og den oppsplittete stilken krøller seg sammen. En barneaktivitet fra min barndom.

 

Publisert 4. feb. 2011 10:56 - Sist endret 3. nov. 2016 10:23