Что такое водный потенциал?
Водный потенциал (\(\Psi\)) — это мера потенциальной энергии воды на единицу объёма относительно чистой воды при стандартных условиях. Он показывает, в каком направлении будет двигаться вода: она всегда перетекает из области с более высоким (менее отрицательным) водным потенциалом в область с более низким (более отрицательным). В физиологии растений эта величина объясняет, как вода поступает из почвы в корни, поднимается по ксилеме и испаряется через листья. Водный потенциал измеряют в барах или мегапаскалях (в этом калькуляторе используются бары).
Как пользоваться калькулятором
Введите изотонический коэффициент (\(i\)) растворённого вещества, молярную концентрацию \(C\) в моль/л, температуру в градусах Цельсия и тургорный потенциал \(\Psi_p\) в барах. Калькулятор переведёт температуру в кельвины, рассчитает осмотический потенциал по формуле \(\Psi_s = -iCRT\) и прибавит тургорный потенциал, чтобы получить полный водный потенциал \(\Psi\).
Разбор формулы
В основе расчёта лежат два уравнения: $$\Psi = \Psi_s + \Psi_p,\quad \Psi_s = -iCRT$$ где \(i\) — изотонический коэффициент (коэффициент Вант-Гоффа), \(C\) — молярная концентрация (моль/л), \(R\) — газовая постоянная, равная \(0{,}0831\ \text{л}\cdot\text{бар}/(\text{моль}\cdot\text{К})\), а \(T\) — температура в кельвинах (°C + 273). Осмотический потенциал всегда равен нулю или отрицателен, потому что растворение веществ снижает водный потенциал. Тургорный потенциал обычно положителен внутри клеток в состоянии тургора и может быть отрицательным в ксилеме, находящейся под натяжением.
Пример расчёта
Допустим, у нас есть раствор сахарозы (\(i = 1\)) с концентрацией 0,15 моль/л при 22 °C без дополнительного давления (\(\Psi_p = 0\)). Переводим температуру: \(22 + 273 = 295\ \text{К}\). Тогда $$\Psi_s = -(1)(0{,}15)(0{,}0831)(295) = -3{,}677\ \text{бар}.$$ При \(\Psi_p = 0\) полный водный потенциал $$\Psi = -3{,}677 + 0 = -3{,}677\ \text{бар}.$$
Частые вопросы
Какое значение i выбрать? Для неионизирующихся веществ, таких как сахароза или глюкоза, используйте \(i = 1\). Для NaCl возьмите \(i \approx 2\) (соль диссоциирует на Na⁺ и Cl⁻), а для CaCl₂ — \(i \approx 3\).
Почему осмотический потенциал отрицателен? Растворённые вещества снижают свободную энергию воды, поэтому \(\Psi_s\) опускает водный потенциал ниже нуля. У чистой воды \(\Psi = 0\).
Какое значение R используется? Калькулятор использует \(R = 0{,}0831\ \text{л}\cdot\text{бар}/(\text{моль}\cdot\text{К})\), поэтому результат получается в барах. Чтобы перевести бары в мегапаскали (МПа), умножьте значение на 0,1.
