Wasserpotential-Rechner

Das Wasserpotential ist der freie Energiezustand des Wassers in einem System relativ zu reinem Wasser bei Atmosphärendruck und derselben Temperatur, und es ist die Größe, die der Pflanzenphysiologin oder dem Pflanzenphysiologen sagt, ob Wasser in eine Zelle eintritt, sie verlässt oder im Gleichgewicht bleibt. Dieser Rechner wendet die Unterrichtsidentität an, wonach das gesamte Wasserpotential gleich dem Lösungspotential plus dem Druckpotential ist und das Lösungspotential minus dem Produkt aus Ionisationskonstante, molarer Konzentration, Druckkonstante und absoluter Temperatur entspricht, sodass Sie diese vier Laborzahlen in ein einziges Wasserpotential in Bar umwandeln. Geben Sie die Lösungskonzentration in Mol pro Liter ein, die Ionisationskonstante i —eins für Saccharose oder Glucose, etwa zwei für Natriumchlorid—, die Temperatur strikt in Kelvin und strikt oberhalb des absoluten Nullpunkts sowie das Druckpotential in Bar, das in einem offenen Becherglas null ist, positiver Turgor in einer lebenden Zelle mit Wand oder eine negative Spannung im transpirierenden Xylem. Das Werkzeug liefert das Lösungspotential, das gesamte Wasserpotential, die verwendete Druckkonstante und eine Formelzeichenkette, die Sie in ein Laborheft, ein Übungsblatt oder einen automatischen Test kopieren können. Die Standard-Druckkonstante ist 0.0831 Liter Bar pro Mol pro Kelvin, der Wert, der in AP Biology und in pflanzenphysiologischen Aufgaben verwendet wird, die Ψ in Bar angeben; Sie können diese Konstante überschreiben, wenn eine Aufgabenstellung ein anderes R nennt.

Was das Wasserpotential bedeutet und wie Ψ = −iCRT + Ψp aufgebaut wird

Das Wasserpotential, geschrieben Ψ, ist das chemische Potential des Wassers, ausgedrückt als Druck. In der Pflanzenbiologie ist die übliche Unterrichtseinheit das Bar (manchmal Megapascal in Forschungsarbeiten). Reines Wasser bei Atmosphärendruck ist der Referenzzustand und hat ein Ψ von null.

Lösungsmittelzugabe senkt das Wasserpotential, weil gelöste Teilchen das freie Wasser verdünnen und seine Neigung verringern, die Lösung zu verlassen; dieser Beitrag ist das Lösungspotential, auch osmotisches Potential genannt, Ψs. Ein positiver hydrostatischer Druck, etwa Turgor, der die Plasmamembran gegen die Zellwand presst, hebt das Wasserpotential und ist das Druckpotential Ψp. Im Xylem unter Transpirationszug kann Ψp negativ sein, was Wasser in der Pflanze nach oben zieht.

Die Summe Ψ gleich Ψs plus Ψp ist die treibende Kraft der Netto-Wasserbewegung: Wasser fließt spontan von einem höheren (weniger negativen oder positiveren) Wasserpotential zu einem niedrigeren (negativeren), sei es über den Tonoplasten, aus einer schlaffen Zelle in ein hypertones Bad oder aus dem Boden in eine Wurzel. Für verdünnte Lösungen liefert die van-'t-Hoff-Beziehung das Lösungspotential als Ψs gleich minus i C R T, wobei i die Ionisationskonstante ist (wie viele Teilchen eine Formeleinheit in Lösung liefert), C die molare Konzentration, R die Druckkonstante und T die absolute Temperatur.

Das Minuszeichen ist wesentlich: Gelöstes senkt das Wasserpotential stets gegenüber reinem Wasser bei derselben Temperatur und demselben Druck. In AP Biology und in der einführenden Pflanzenphysiologie ist R 0.0831 Liter Bar pro Mol pro Kelvin, sodass mit C in Mol pro Liter und T in Kelvin das Produkt i C R T die Einheit Bar hat. Eine typische Saccharose- oder Glucoseaufgabe verwendet i gleich eins, weil diese Zucker nicht ionisieren; eine ideale Natriumchloridaufgabe verwendet i gleich zwei; Calciumchlorid wird oft als drei genommen.

Ein offenes Becherglas oder ein völlig schlaffes Protoplast hat Ψp von null, sodass das gesamte Wasserpotential mit dem Lösungspotential übereinstimmt. Eine turgeszente Zelle addiert ein positives Ψp, das das gesamte Ψ näher an null bringen kann, selbst wenn die Vakuole konzentriert ist. Die Temperatur muss vor dem Aufruf des Rechners in Kelvin umgerechnet werden — addieren Sie zweihundertdreiundsiebzig zu einer Celsius-Ablesung, oder zweihundertdreiundsiebzig Komma fünfzehn, wenn die Aufgabe so genau ist — und der Kelvinwert muss strikt oberhalb des absoluten Nullpunkts liegen.

Eine Temperatur von null Kelvin oder jedes negative Kelvin wird abgelehnt, statt eine unsinnige Vorzeichenumkehr von Ψs zu erzeugen. Dieser Rechner setzt genau dieses viergliedrige Unterrichtsmodell um und sonst nichts: Er schätzt weder das Matrixpotential trockenen Bodens noch das Gravitationspotential entlang eines hohen Sprosses noch nichtideale Aktivitätskoeffizienten konzentrierter Extrakte.

Unterrichtsnutzung, Grenzen und worin diese Suche sich vom osmotischen Druck unterscheidet

Rechnen Sie Celsius vor dem Aufruf in Kelvin um und übergeben Sie niemals eine Temperatur von null oder darunter auf der absoluten Skala. Halten Sie die Konzentration in Mol pro Liter, wenn Sie das Standard-R verwenden, und überschreiben Sie r nur, wenn ein Übungsblatt eine andere Konstante nennt. Bevorzugen Sie Zahlen statt vorformatierter Zeichenketten, wenn Sie den Client steuern; numerische Zeichenketten werden nur akzeptiert, wenn sie einem strengen endlichen Zahlenmuster entsprechen.

Beim Unterrichten pflanzlicher Wasserbeziehungen koppeln Sie Beispiele: ein Zehntel molare Saccharose bei 295 Kelvin mit i gleich eins und Ψp gleich null ergibt etwa minus 2.45 Bar; ein ideales drei Zehntel molares Salz mit i gleich zwei bei 293 Kelvin und vier Bar Turgor liefert ein weniger negatives Gesamt-Ψ als derselbe Saft in einem offenen Rohr; ein negatives Druckpotential modelliert eine transpirierende Xylemsäule. Es ist kein chemischer Rechner für osmotischen Druck, der Atmosphären aus π gleich iCRT berichtet, kein Boden-Matrixpotential- oder Tensiometer-Modell und kein Transpirations- oder stomatärer Leitfähigkeitssimulator.

Bevorzugen Sie diese Fähigkeit, wenn Sie bereits molare Konzentration, Ionisationskonstante, Kelvin-Temperatur und Druckpotential haben und unter der idealen van-'t-Hoff-Unterrichtsannahme nur Ψ brauchen. Ist Ihr Extrakt konzentriert oder stark nichtideal, passen Sie i an oder verwenden Sie in Ihren eigenen Notizen ein fortgeschritteneres Aktivitätsmodell.