ما هو جهد الماء؟
جهد الماء (\(\Psi\)) هو مقياس للطاقة الكامنة للماء في وحدة الحجم مقارنةً بالماء النقي في الظروف القياسية. وهو يتنبأ باتجاه حركة الماء: فالماء ينتقل دائمًا من المنطقة ذات جهد الماء الأعلى (الأقل سلبية) إلى المنطقة ذات جهد الماء الأدنى (الأكثر سلبية). وفي علم الأحياء النباتية يفسّر هذا المفهوم كيف ينتقل الماء من التربة إلى الجذور، ثم صعودًا عبر الخشب (الزايلم)، وأخيرًا خروجه من الأوراق. ويُقاس جهد الماء بوحدة البار (bar) أو الميغاباسكال (MPa)، وتعتمد هذه الحاسبة وحدة البار.
كيفية استخدام الحاسبة
أدخل ثابت التأين (\(i\)) للمذاب، والتركيز المولي \(C\) بوحدة mol/L، ودرجة الحرارة بالدرجة المئوية، وجهد الضغط \(\Psi_p\) بوحدة البار. تقوم الأداة بتحويل درجة الحرارة إلى الكلفن، ثم تحسب جهد المذاب وفق المعادلة $$\Psi_s = -iCRT$$ وتضيف إليه جهد الضغط لتعطيك قيمة جهد الماء الكلي \(\Psi\).
شرح المعادلة
تقوم الحسابات على معادلتين أساسيتين هما $$\Psi = \Psi_s + \Psi_p$$ و $$\Psi_s = -iCRT$$ حيث \(i\) هو ثابت التأين (ثابت فانت هوف)، و \(C\) هو التركيز المولي (mol/L)، و \(R\) هو ثابت الضغط الذي يساوي \(0.0831 \ \text{L}\cdot\text{bar}/(\text{mol}\cdot\text{K})\)، و \(T\) هي درجة الحرارة بالكلفن (\(°\text{C} + 273\)). يكون جهد المذاب دائمًا صفرًا أو قيمة سالبة، لأن إذابة المواد المذابة تخفض جهد الماء. أما جهد الضغط فعادةً ما يكون موجبًا داخل الخلايا النباتية الممتلئة (المنتفخة)، وقد يصبح سالبًا داخل الخشب عندما يكون تحت شد.
مثال محلول
لنفترض محلول سكروز (\(i = 1\)) بتركيز \(0.15 \ \text{mol/L}\) ودرجة حرارة 22 °م دون ضغط مضاف (\(\Psi_p = 0\)). نحوّل درجة الحرارة أولًا: $$22 + 273 = 295 \ \text{كلفن}$$ ثم نحسب جهد المذاب: $$\Psi_s = -(1)(0.15)(0.0831)(295) = -3.677 \ \text{بار}$$ وبما أن \(\Psi_p = 0\)، يكون جهد الماء الكلي $$\Psi = -3.677 + 0 = -3.677 \ \text{بار}$$
الأسئلة الشائعة
ما القيمة التي ينبغي استخدامها لـ \(i\)؟ استخدم \(i = 1\) للمواد المذابة التي لا تتأين مثل السكروز أو الغلوكوز. أما كلوريد الصوديوم (NaCl) فاستخدم له \(i \approx 2\) لأنه يتفكك إلى Na⁺ و Cl⁻، وكلوريد الكالسيوم (CaCl₂) فاستخدم له \(i \approx 3\).
لماذا يكون جهد المذاب سالبًا؟ لأن إضافة المواد المذابة تقلل من الطاقة الحرة للماء، فينخفض جهد المذاب \(\Psi_s\) إلى ما دون الصفر. أما الماء النقي فقيمة جهده \(\Psi = 0\).
أي قيمة لـ \(R\) تُستخدم؟ تستخدم هذه الأداة \(R = 0.0831 \ \text{L}\cdot\text{bar}/(\text{mol}\cdot\text{K})\) لتأتي النتائج بوحدة البار. ولتحويل البار إلى الميغاباسكال (MPa) اضرب القيمة في 0.1.
