Componentes, métodos e exemplos em potencial de água

Ele Potencial de água É energia livre ou capaz de realizar um emprego, que tem um determinado volume de água. Assim, a água no topo de uma cachoeira ou salto de água tem alto potencial de água que, por exemplo, é capaz de mover uma turbina.

O símbolo usado para se referir ao potencial da água é a letra capital chamada psi, que está escrita ψ. O potencial da água de qualquer sistema é medido em referência com o potencial de água da água pura em condições consideradas padrão (pressão de 1 atmosfera e a mesma altura e temperatura do sistema a serem estudadas).

Potencial osmótico. Fonte: Kade Knealand/CC BY-S (https: // criativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)

Os fatores que determinam o potencial da água são a gravidade, a temperatura, a pressão, a hidratação e a concentração de solutos presentes na água. Esses fatores determinam que os graus potenciais de água são formados e esses gradientes acionam a difusão da água.

Dessa maneira, a água se move de um lugar com alto potencial de água para outro com baixo potencial de água. Os componentes do potencial da água são o potencial osmótico (concentração de solutos na água), potencial mástrico (adesão da água a matrizes porosas), potencial gravitacional e potencial de pressão.

O conhecimento do potencial da água é essencial para entender o funcionamento de vários fenômenos hidrológicos e biológicos. Entre estes, a absorção de água e nutrientes pelas plantas e o fluxo de água no solo.

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Componentes em potencial da água

O potencial da água é formado por quatro componentes: potencial osmótico, potencial mástrico, potencial gravitacional e potencial de pressão. A ação desses componentes determina a existência de gradientes de potencial de água.

Potencial osmótico (ψs)

Normalmente, a água não está em seu estado mais puro, pois tem sólidos dissolvidos nela (solutos), como sais minerais. O potencial osmótico é dado pela concentração de solutos na solução.

Quanto maior o número de solutos dissolvidos, há menos energia livre de água, ou seja, menos potencial de água. Portanto, a água tenta estabelecer um equilíbrio fluindo de soluções com baixa concentração de solutos para soluções com alta concentração de solutos.

Potencial Matral ou Matral (ψm)

Nesse caso, o fator determinante é a presença de uma matriz ou estrutura de material hidratável, ou seja, tem uma afinidade pela água. Isso se deve às forças de adesão criadas entre moléculas, especialmente pontes de hidrogênio formadas entre moléculas de água, átomos de oxigênio e grupos hidroxila (OH).

Por exemplo, a adesão à água às argilas do solo é um caso de potencial de água com base no potencial mástrico. Essas matrizes ao atrair água geram potencial de água positiva; portanto, a água fora da matriz flui em direção a ele e tende a ficar dentro, como acontece em uma esponja.

Potencial gravitacional ou de altura (ψg)

A força gravitacional da terra é neste caso a que estabelece o gradiente em potencial, uma vez que a água tenderá a cair. A água localizada em uma certa altura tem uma energia livre determinada pela atração que a terra exerce em sua massa.

Pode atendê -lo: poluição química: causas, consequências, exemplos Movimento da água da gravidade. Fonte: Bilal Ahmad/CC BY-S (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)

Por exemplo, a água em um tanque de água alta cai livremente através do tubo e se move com essa energia cinética (movimento) até chegar à torneira.

Potencial de pressão (ψp)

Nesse caso, a pressão sob pressão tem maior energia livre, ou seja, maior potencial de água. Portanto, essa água se moverá de onde é submetida à pressão onde não há e, consequentemente, há menos energia livre (menos potencial de água).

Por exemplo, quando a dose cai através de um conta -gotas, ao apertar o botão de borracha, estamos aplicando uma pressão que confere energia à água. Devido a essa energia mais livre, a água se move para o exterior, onde a pressão é menor.

Métodos para determinar o potencial da água

Há uma diversidade de métodos para medir o potencial da água, alguns adequados para o solo, outros para tecidos, para sistemas hidráulicos mecânicos e outros. O potencial da água é equivalente a unidades de pressão e é medido em atmosferas, bares, pascals ou psi (libras por polegada quadrada em seu acrônimo em inglês).

Abaixo estão alguns desses métodos:

Câmera de pressão ou bomba escolar

Se você deseja medir o potencial de água da folha de uma planta, pode usar uma pressão ou bomba escolar ou bomba. Isso consiste em uma câmara hermética onde toda a folha é colocada (folha com seu pecíolo).

Medição potencial de água de uma folha com uma câmara de pressão. Fonte: PressureBomb.SVG: Aibdescalzoderivative Work: Aibdescalzo/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)

Então a pressão é aumentada dentro da câmara introduzindo um gás pressurizado, medindo a pressão que está sendo alcançada pelo medidor de pressão. A pressão do gás na folha está aumentando, até o ponto em que a água contida neste broto pelo tecido vascular do pecíolo.

A pressão indicada pelo manômetro quando a água sai da folha, corresponde ao potencial da água do mesmo.

Sondas de pressão

Existem várias alternativas para medir o potencial da água através de instrumentos especiais chamados sondas de pressão. São projetados para medir o potencial da água do solo, baseado principalmente no potencial mástrico.

Por exemplo, existem sondas digitais que funcionam com base na introdução no solo uma matriz de cerâmica porosa conectada a um sensor de umidade. Essa cerâmica é hidratada com água dentro do solo até atingir o equilíbrio entre o potencial da água dentro da matriz cerâmica e o potencial da água do solo.

Posteriormente, o sensor determina o conteúdo de umidade da cerâmica e estima o potencial da água do solo.

Microcapilar com sonda de pressão

Também existem sondas capazes de medir o potencial de água nos tecidos vegetais, como uma haste de planta. Um modelo consiste em um tubo muito fino de ponta fina (tubo micropilar) que é introduzido no tecido.

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Quando o tecido vivo penetra, a solução contida nas células segue um gradiente potencial definido pela pressão contido no caule e é introduzido no micropilar. Sobre o líquido -tronco no tubo, ele empurra um óleo contido nele que ativa um medidor de pressão ou pressão que atribui um valor correspondente ao potencial da água

Variações de peso ou volume

Para medir o potencial da água com base no potencial osmótico, as variações de peso de um tecido submerso em soluções para diferentes concentrações de um soluto podem ser determinadas. Para isso, uma série de tubos de teste são preparados, cada um com uma concentração crescente de um soluto, por exemplo, sacarose (açúcar).

Ou seja, se em cada 5 tubos houver 10 cc de água, é adicionado no primeiro tubo 1 mg de sacarose, no segundo 2 mg e até 5 mg no último. Portanto, temos uma bateria de ligação de concentrações de sacarose.

Então, 5 seções de peso igual e conhecido do tecido são cortadas às quais o potencial da água (por exemplo, pedaços de batata) é desejado determinar. Em seguida, uma seção é colocada em cada tubo de ensaio e depois de 2 horas, as seções de tecido são extraídas e pesadas.

Resultados esperados e interpretação

Espera -se que algumas peças perdam peso para perda de água, outras aumentarão porque absorveram a água e outras manterão o peso.

Aqueles que perdem a água estavam em uma solução em que a concentração de sacarose era maior que a concentração de solutos dentro do tecido. Portanto, a água fluiu de acordo com o gradiente potencial osmótico da maior concentração para a criança, e o tecido perdeu água e peso.

Pelo contrário, o tecido que ganhava água e peso estava em uma solução com uma menor concentração de sacarose do que a concentração de solutos dentro do tecido. Nesse caso, o gradiente potencial osmótico favoreceu a entrada de água no tecido.

Finalmente, nesse caso em que o tecido manteve seu peso original, é inferido que a concentração em que foi tinha igual concentração de soluto. Portanto, essa concentração corresponderá ao potencial de água do tecido estudado.

Exemplos

Absorção de água por plantas

Uma árvore de 30 m de altura precisa transportar água do solo para a última folha, e isso é feito através de seu sistema vascular. Este sistema é um tecido especializado formado por células que estão mortas e são semelhantes a tubos muito finos.

Movimento da água em plantas. Fonte: Laurel Jules/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/3.0)

O transporte é possível graças às diferenças no potencial de água que são geradas entre a atmosfera e a folha, que por sua vez é transmitida ao sistema vascular. A folha perde água em um estado gasoso devido à maior concentração de vapor de água nela (maior potencial de água) em relação ao meio ambiente (menor potencial de água).

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A perda de vapor gera uma pressão ou sucção negativa que leva a água dos vasos do sistema vascular para a folha da folha. Esta sucção é transmitida de vidro para um vidro até atingir a raiz, onde células e espaços intercelulares são incorporados ao solo absorvido pela água.

A água do solo penetra na raiz devido a uma diferença no potencial osmótico entre a água da raiz e as células da epiderme do solo. Isso ocorre porque as células radiculares têm solutos em maior concentração do que a água do solo.

As mucilagens

Muitos ambientes secos mantêm a água que produz mucilagem (substância viscosa) que são armazenadas em suas vacuolas. Essas moléculas retêm a água, reduzindo sua energia livre (sob potencial de água), sendo neste caso o componente missionário do potencial da água.

Um tanque de água alta

No caso de um sistema de provisão de água baseado em um tanque alto, ele é preenchido com água devido ao efeito do potencial de pressão. A empresa que fornece o Serviço de Água, envia -o por pressão por bombas hidráulicas e, assim, expira a força da gravidade para alcançar o tanque.

Depois que o tanque é preenchido, a água é distribuída da mesma graças a uma diferença de potencial entre a água armazenada no tanque e as tomadas de água na casa. Ao abrir uma torneira, um gradiente potencial gravitacional entre a água na boca do tanque e o tanque é estabelecido.

Portanto, a água do tanque tem maior energia livre (maior potencial de água) e cai principalmente devido à força da gravidade.

Difusão de água no chão

O principal componente do potencial da água do solo é o potencial mástrico, dada a força de adesão estabelecida entre argilas e água. Por outro lado, o potencial de gravidade afeta o gradiente de deslocamento vertical da água no solo.

Sobre a energia livre da água contida no solo, ou seja, seu potencial de água, muitos processos que ocorrem na mesma dependência. Entre esses processos estão a nutrição e a transpiração das plantas, a infiltração da água da chuva e a evaporação da água do solo.

Na agricultura, é importante determinar o potencial da água do solo para aplicar adequadamente a irrigação e a fertilização. Se o potencial martrico do solo for muito alto, a água permanecerá presa às argilas e não estará disponível para a absorção pelas plantas.

Referências

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