Calculadora de potencial hídrico

O potencial hídrico é o estado de energia livre da água em um sistema em relação à água pura à pressão atmosférica e à mesma temperatura, e é a grandeza que informa ao fisiologista vegetal se a água vai entrar em uma célula, sair dela ou permanecer em equilíbrio. Esta calculadora aplica a identidade de sala de aula segundo a qual o potencial hídrico total é igual ao potencial de soluto mais o potencial de pressão, e o potencial de soluto é menos o produto da constante de ionização, da concentração molar, da constante de pressão e da temperatura absoluta, de modo que você transforma esses quatro números de laboratório em um único potencial hídrico em bar. Informe a concentração de soluto em moles por litro, a constante de ionização i —um para sacarose ou glicose, cerca de dois para cloreto de sódio—, a temperatura estritamente em kelvin e estritamente acima do zero absoluto, e o potencial de pressão em bar, que é zero em um béquer aberto, turgescência positiva dentro de uma célula viva com parede, ou uma tensão negativa no xilema transpirante. A ferramenta devolve o potencial de soluto, o potencial hídrico total, a constante de pressão usada e uma string de fórmula que você pode copiar para um caderno de laboratório, uma folha de exercícios ou um teste automático. A constante de pressão padrão é 0.0831 litros bar por mol por kelvin, o valor usado em AP Biology e em problemas de fisiologia vegetal que relatam Ψ em bar; você pode substituir essa constante quando um enunciado indicar outro R.

O que o potencial hídrico significa e como se monta Ψ = −iCRT + Ψp

O potencial hídrico, escrito Ψ, é o potencial químico da água expresso como uma pressão. Na biologia vegetal a unidade de sala de aula usual é o bar (às vezes megapascais em artigos de pesquisa). Água pura à pressão atmosférica é o estado de referência e tem Ψ igual a zero.

Acrescentar soluto reduz o potencial hídrico porque as partículas dissolvidas diluem a água livre e diminuem sua tendência a deixar a solução; essa contribuição é o potencial de soluto, também chamado potencial osmótico, Ψs. Uma pressão hidrostática positiva, como a turgescência que aperta a membrana plasmática contra a parede celular, eleva o potencial hídrico e é o potencial de pressão Ψp. No xilema sob tensão transpiratória, Ψp pode ser negativo, o que puxa a água para cima pela planta.

A soma Ψ igual a Ψs mais Ψp é a força motriz do movimento líquido de água: a água flui espontaneamente de um potencial hídrico mais alto (menos negativo ou mais positivo) para um mais baixo (mais negativo), seja através do tonoplasto, de uma célula flácida para um banho hipertônico, ou do solo para uma raiz.

Para soluções diluídas a relação de van 't Hoff dá o potencial de soluto como Ψs igual a menos i C R T, em que i é a constante de ionização (quantas partículas uma unidade de fórmula rende em solução), C é a concentração molar, R é a constante de pressão e T é a temperatura absoluta. O sinal de menos é essencial: o soluto sempre reduz o potencial hídrico em relação à água pura na mesma temperatura e pressão.

Em AP Biology e na fisiologia vegetal introdutória, R vale 0.0831 litros bar por mol por kelvin, de modo que com C em moles por litro e T em kelvin o produto i C R T tem unidades de bar. Um problema típico de sacarose ou glicose usa i igual a um porque esses açúcares não ionizam; um problema ideal de cloreto de sódio usa i igual a dois; o cloreto de cálcio costuma ser tomado como três.

Um béquer aberto ou um protoplasto completamente flácido tem Ψp de zero, assim o potencial hídrico total coincide com o potencial de soluto. Uma célula túrgida acrescenta um Ψp positivo, que pode aproximar o Ψ total de zero mesmo quando o vacúolo está concentrado.

A temperatura deve ser convertida para kelvin antes de chamar a calculadora — some duzentos e setenta e três a uma leitura em Celsius, ou duzentos e setenta e três ponto um cinco quando o enunciado for tão preciso — e o valor em kelvin deve ficar estritamente acima do zero absoluto. Uma temperatura de zero kelvin ou qualquer kelvin negativo é rejeitada em vez de produzir uma inversão absurda de sinal de Ψs.

Esta calculadora implementa esse modelo de sala de aula de quatro termos e nada mais: não estima o potencial mátrico de solo seco, o potencial gravitacional ao longo de um caule alto nem os coeficientes de atividade não ideais de extratos concentrados.

Uso em sala, limites e como esta busca difere da pressão osmótica

Converta Celsius para kelvin antes de chamar e nunca passe uma temperatura de zero ou abaixo na escala absoluta. Mantenha a concentração em moles por litro quando usar o R padrão e substitua r só quando uma folha de exercícios indicar outra constante. Prefira enviar números em vez de strings pré-formatadas quando você controla o cliente; strings numéricas só são aceitas se coincidirem com um padrão numérico finito estrito.

Ao ensinar relações hídricas vegetais, emparelhe exemplos: sacarose um décimo molar a duzentos e noventa e cinco kelvin com i igual a um e Ψp igual a zero recupera cerca de menos dois ponto quatro cinco bar; um sal ideal três décimos molar com i igual a dois a duzentos e noventa e três kelvin e quatro bar de turgescência produz um Ψ total menos negativo que a mesma seiva em um tubo aberto; um potencial de pressão negativo modela uma coluna de xilema transpirante.

Esta página se dirige a quem busca uma calculadora de potencial hídrico, uma ferramenta de potencial de soluto menos iCRT, uma ajuda de lição com constante de ionização em bar, ou uma checagem de folha de AP Biology sobre Ψ. Não é uma calculadora química de pressão osmótica que relata atmosferas a partir de π igual a iCRT, nem um modelo de potencial mátrico do solo ou de tensiômetro, nem um simulador de transpiração ou de condutância estomática.

Prefira esta capacidade quando você já tem concentração molar, constante de ionização, temperatura em kelvin e potencial de pressão e só precisa de Ψ sob a hipótese ideal de sala de van 't Hoff. Se o extrato estiver concentrado ou for muito não ideal, ajuste i ou use um modelo de atividade mais avançado nas suas próprias anotações.