حاسبة الجهد المائي

الجهد المائي هو حالة الطاقة الحرة للماء في منظومة بالنسبة إلى الماء النقي عند الضغط الجوي ودرجة الحرارة نفسها، وهو المقدار الذي يخبر عالم فسيولوجيا النبات إن كان الماء سيدخل الخلية أو يخرج منها أو يبقى في موضعه. تطبق هذه الحاسبة هوية القاعة الدراسية التي تجعل الجهد المائي الكلي مساويًا لجهد الذائبة زائد جهد الضغط، وجهد الذائبة مساويًا لناقص جداء ثابت التأين والتركيز المولي وثابت الضغط ودرجة الحرارة المطلقة، حتى تحولوا تلك الأرقام المختبرية الأربعة إلى جهد مائي واحد بالبار. أدخلوا تركيز الذائبة بالمول لكل لتر، وثابت التأين i —واحد للسكروز أو الجلوكوز، ونحو اثنين لكلوريد الصوديوم— ودرجة الحرارة بالكلفن حصرًا وفوق الصفر المطلق حصرًا، وجهد الضغط بالبار، وهو صفر لكأس مفتوح، وانتفاخ موجب داخل خلية حية ذات جدار، أو شد سالب في الخشب النتحي. تعيد الأداة جهد الذائبة والجهد المائي الكلي وثابت الضغط المستخدم وسلسلة صيغة يمكنكم نسخها إلى دفتر مختبر أو ورقة تمارين أو اختبار آلي. ثابت الضغط الافتراضي هو 0.0831 لتر·بار/(مول·كلفن)، وهو القيمة المستخدمة في AP Biology ومسائل فسيولوجيا النبات التي تبلغ Ψ بالبار؛ ويمكنكم استبدال ذلك الثابت عندما تنص مسألة على R مختلف.

معنى الجهد المائي وكيف يُبنى Ψ = −iCRT + Ψp

الجهد المائي، ويُكتب Ψ، هو الجهد الكيميائي للماء معبَّرًا عنه بوصفه ضغطًا. في علم أحياء النبات الوحدة الصفية المعتادة هي البار (وأحيانًا الميغاباسكال في أوراق البحث). الماء النقي عند الضغط الجوي هو حالة المرجع وΨ له يساوي صفرًا.

إضافة الذائبة تخفض الجهد المائي لأن الجسيمات المنحلة تخفف الماء الحر وتقلل ميله إلى مغادرة المحلول؛ وتلك المساهمة هي جهد الذائبة، ويُسمى أيضًا الجهد الأسموزي، Ψs. ضغط هيدروستاتي موجب، مثل الانتفاخ الذي يضغط الغشاء البلازمي على جدار الخلية، يرفع الجهد المائي وهو جهد الضغط Ψp. في الخشب تحت شد النتح قد يكون Ψp سالبًا، فيشد الماء صعودًا في النبات.

المجموع Ψ يساوي Ψs زائد Ψp هو القوة الدافعة لصافي حركة الماء: يجري الماء تلقائيًا من جهد مائي أعلى (أقل سلبية أو أكثر إيجابية) إلى جهد أدنى (أكثر سلبية)، سواء عبر غشاء الفجوة، أو من خلية رخوة إلى حمام مفرط التوتر، أو من التربة إلى جذر. للمحاليل المخففة تعطي علاقة van 't Hoff جهد الذائبة بوصفه Ψs يساوي ناقص i C R T، حيث i ثابت التأين (كم جسيمًا تنتج وحدة الصيغة في المحلول)، وC التركيز المولي، وR ثابت الضغط، وT درجة الحرارة المطلقة.

إشارة الناقص جوهرية: الذائبة تخفض الجهد المائي دائمًا بالنسبة إلى الماء النقي عند درجة الحرارة والضغط نفسيهما. في AP Biology وفسيولوجيا النبات التمهيدية تبلغ R قيمة 0.0831 لتر·بار/(مول·كلفن)، بحيث يكون لجداء i C R T وحدات البار عندما تكون C بالمول لكل لتر وT بالكلفن. مسألة سكروز أو جلوكوز نمطية تستخدم i يساوي واحدًا لأن تلك السكريات لا تتأين؛ ومسألة كلوريد صوديوم مثالية تستخدم i يساوي اثنين؛ وكثيرًا ما يُؤخذ كلوريد الكالسيوم بثلاثة.

كأس مفتوح أو بروتوبلاست رخو تمامًا له Ψp يساوي صفرًا، فيتطابق الجهد المائي الكلي مع جهد الذائبة. خلية منتفخة تضيف Ψp موجبًا قد يقرب Ψ الكلي من الصفر حتى إن كانت الفجوة مركزة. يجب تحويل درجة الحرارة إلى كلفن قبل استدعاء الحاسبة — أضيفوا مئتين وثلاثة وسبعين إلى قراءة سلسيوس، أو 273.15 عندما تكون المسألة بذلك القدر من الدقة — ويجب أن تبقى قيمة الكلفن فوق الصفر المطلق بصرامة.

تُرفض درجة حرارة صفر كلفن أو أي كلفن سالب بدل إنتاج قلب إشارة عبثي لمقدار Ψs. تنفذ هذه الحاسبة ذلك النموذج الصفي ذا الحدود الأربعة ولا شيء سواه: فهي لا تقدّر الجهد المصفوفي لتربة جافة، ولا الجهد الثقالي على امتداد ساق طويلة، ولا معاملات النشاط غير المثالية للمستخلصات المركزة.

الاستخدام الصفي والحدود وكيف يختلف هذا البحث عن الضغط الأسموزي

حوّلوا سلسيوس إلى كلفن قبل الاستدعاء، ولا تمرروا أبدًا درجة حرارة صفر أو أدنى على المقياس المطلق. أبقوا التركيز بالمول لكل لتر عندما تستخدمون R الافتراضي، ولا تستبدلوا r إلا عندما تنص ورقة تمارين على ثابت مختلف. فضّلوا إرسال أرقام لا سلاسل مسبقة التنسيق عندما تتحكمون في العميل؛ تُقبل السلاسل الرقمية فقط إن طابقت نمطًا رقميًا منتهيًا صارمًا.

عند تدريس علاقات الماء النباتية قارنوا أمثلة: سكروز عُشر مولاري عند مئتين وخمسة وتسعين كلفن مع i يساوي واحدًا وΨp يساوي صفرًا يستعيد نحو ناقص اثنين فاصلة خمسة وأربعين بار؛ وملح مثالي ثلاثة أعشار مولاري مع i يساوي اثنين عند مئتين وثلاثة وتسعين كلفن وأربعة بار من الانتفاخ يعطي Ψ كليًا أقل سلبية من العصارة نفسها في أنبوب مفتوح؛ وجهد ضغط سالب يصوغ عمود خشب نتحي.

تستهدف هذه الصفحة من يبحث عن حاسبة جهد مائي، أو أداة جهد ذائبة بناقص iCRT، أو معين واجبات لثابت التأين بالبار، أو مراجعة ورقة AP Biology عن Ψ. ليست حاسبة كيميائية للضغط الأسموزي تبلغ بالجو من π يساوي iCRT، ولا نموذج جهد مصفوفي للتربة أو مقياس شد، ولا محاكي نتح أو موصلية ثغرية. فضّلوا هذه القدرة عندما تملكون أصلًا التركيز المولي وثابت التأين ودرجة الحرارة بالكلفن وجهد الضغط ولا تحتاجون إلا Ψ تحت فرض van 't Hoff المثالي في القاعة.

إن كان مستخلصكم مركزًا أو غير مثالي بشدة فاضبطوا i أو استخدموا في ملاحظاتكم نموذج نشاط أرقى.