Calculadora de potencial hídrico

El potencial hídrico es el estado de energía libre del agua en un sistema respecto del agua pura a presión atmosférica y a la misma temperatura, y es la magnitud que indica al fisiólogo vegetal si el agua entrará en una célula, saldrá de ella o permanecerá en equilibrio. Esta calculadora aplica la identidad de aula según la cual el potencial hídrico total es igual al potencial de soluto más el potencial de presión, y el potencial de soluto es menos el producto de la constante de ionización, la concentración molar, la constante de presión y la temperatura absoluta, de modo que puede convertir esos cuatro números de laboratorio en un solo potencial hídrico en bares. Introduzca la concentración de soluto en moles por litro, la constante de ionización i —uno para sacarosa o glucosa, unos dos para el cloruro de sodio—, la temperatura estrictamente en kelvin y estrictamente por encima del cero absoluto, y el potencial de presión en bares, que es cero en un vaso abierto, turgencia positiva dentro de una célula viva con pared, o una tensión negativa en el xilema transpirante. La herramienta devuelve el potencial de soluto, el potencial hídrico total, la constante de presión usada y una cadena de fórmula que puede copiar a un cuaderno de laboratorio, una hoja de ejercicios o una prueba automática. La constante de presión por defecto es 0.0831 litros bares por mol por kelvin, el valor usado en Biología AP y en problemas de fisiología vegetal que informan Ψ en bares; puede sustituir esa constante cuando un enunciado indique otra R.

Qué significa el potencial hídrico y cómo se construye Ψ = −iCRT + Ψp

El potencial hídrico, escrito Ψ, es el potencial químico del agua expresado como una presión. En biología vegetal la unidad de aula habitual es el bar (a veces megapascales en artículos de investigación). El agua pura a presión atmosférica es el estado de referencia y tiene Ψ igual a cero.

Añadir soluto baja el potencial hídrico porque las partículas disueltas diluyen el agua libre y reducen su tendencia a abandonar la disolución; esa contribución es el potencial de soluto, también llamado potencial osmótico, Ψs. Una presión hidrostática positiva, como la turgencia que aprieta la membrana plasmática contra la pared celular, eleva el potencial hídrico y es el potencial de presión Ψp. En el xilema bajo tensión transpiratoria, Ψp puede ser negativo, lo que tira del agua hacia arriba por la planta.

La suma Ψ igual a Ψs más Ψp es la fuerza impulsora del movimiento neto de agua: el agua fluye de forma espontánea desde un potencial hídrico más alto (menos negativo o más positivo) hacia uno más bajo (más negativo), ya sea a través del tonoplasto, desde una célula flácida hacia un baño hipertónico, o del suelo hacia una raíz.

Para disoluciones diluidas la relación de van 't Hoff da el potencial de soluto como Ψs igual a menos i C R T, donde i es la constante de ionización (cuántas partículas rinde una unidad de fórmula en disolución), C es la concentración molar, R es la constante de presión y T es la temperatura absoluta. El signo menos es esencial: el soluto siempre baja el potencial hídrico respecto del agua pura a la misma temperatura y presión.

En Biología AP y en fisiología vegetal introductoria, R vale 0.0831 litros bares por mol por kelvin, de modo que con C en moles por litro y T en kelvin el producto i C R T tiene unidades de bares. Un problema típico de sacarosa o glucosa usa i igual a uno porque esos azúcares no se ionizan; un problema ideal de cloruro de sodio usa i igual a dos; el cloruro de calcio suele tomarse como tres.

Un vaso abierto o un protoplasto completamente flácido tiene Ψp de cero, así que el potencial hídrico total coincide con el potencial de soluto. Una célula turgente añade un Ψp positivo, que puede acercar el Ψ total a cero aunque la vacuola esté concentrada.

La temperatura debe convertirse a kelvin antes de llamar a la calculadora — sume doscientos setenta y tres a una lectura en Celsius, o doscientos setenta y tres punto uno cinco cuando el enunciado sea tan preciso — y el valor en kelvin debe quedar estrictamente por encima del cero absoluto. Una temperatura de cero kelvin o cualquier kelvin negativo se rechaza en lugar de producir un cambio de signo absurdo de Ψs.

Esta calculadora implementa ese modelo de aula de cuatro términos y nada más: no estima el potencial mátrico de un suelo seco, el potencial gravitatorio a lo largo de un tallo alto ni los coeficientes de actividad no ideales de extractos concentrados.

Uso en el aula, límites y en qué se diferencia esta búsqueda de la presión osmótica

Convierta Celsius a kelvin antes de llamar y nunca pase una temperatura de cero o inferior en la escala absoluta. Mantenga la concentración en moles por litro cuando use la R por defecto y sustituya r solo cuando una hoja de ejercicios indique otra constante. Prefiera enviar números en lugar de cadenas preformateadas cuando controle el cliente; las cadenas numéricas solo se aceptan si coinciden con un patrón numérico finito estricto.

Al enseñar relaciones hídricas vegetales, empareje ejemplos: sacarosa una décima molar a doscientos noventa y cinco kelvin con i igual a uno y Ψp igual a cero recupera unos menos dos punto cuatro cinco bares; una sal ideal tres décimas molar con i igual a dos a doscientos noventa y tres kelvin y cuatro bares de turgencia produce un Ψ total menos negativo que la misma savia en un tubo abierto; un potencial de presión negativo modela una columna de xilema transpirante.

Esta página se dirige a quienes buscan una calculadora de potencial hídrico, una herramienta de potencial de soluto menos iCRT, una ayuda de deberes con constante de ionización en bares, o una comprobación de hoja de Biología AP sobre Ψ. No es una calculadora química de presión osmótica que informa atmósferas a partir de π igual a iCRT, ni un modelo de potencial mátrico del suelo o de tensiómetro, ni un simulador de transpiración o de conductancia estomática.

Prefiera esta capacidad cuando ya tenga concentración molar, constante de ionización, temperatura en kelvin y potencial de presión y solo necesite Ψ bajo la hipótesis ideal de aula de van 't Hoff. Si su extracto está concentrado o es muy no ideal, ajuste i o use un modelo de actividad más avanzado en sus propias notas.