 |
|
Осмотичний та тургорний тиск, всисна сила. Осмотичний та водний потенціали.
Осмос характеризується осмотичним тиском (Р) – це такий гідростатичний тиск, який потрібно прикласти до розчину з більшою концентрацією, щоб запобігти осмотичному надходженню в нього води. Чим вища концентрація розчину, тим вищий його осмотичний тиск. Для розрахунку осмотичного тиску використовують формулу Вант-Гоффа: P = іCRТ,де С – молярна концентрація розчину, R– універсальна газова стала, T – температура (в 0К), і – ізотонічний коефіцієнт Вант-Гоффа, і = 1+α(n-1), де α – ступінь електролітичної дисоціації, n – кількість іонів, на які розпадається електроліт (для неелектролітів і=1).
Точнішою формулою розрахунку осмотичного тиску, яка враховує ступінь гідратації іонів є формула Портера: Р=RT/(V-b), де b – поправка на об'єм, який у розчині займають гідратовані молекули розчиненої речовини; V –об'єм розчину.
Виміряти осмотичний тиск можна плазмолітичним та кріоскопічним методами.
Плазмолітичний метод заснований на підборі розчинів плазмолітика, в які занурюють рослинні тканини і через певний час спостерігають стан клітин під мікроскопом. Настання плазмолізу свідчить про те, що концентрація клітинного соку є нижчою від концентрації зовнішнього розчину. Кріоскопічний метод базується на різниці у температурах замерзання чистої води і розчину, яка залежить від його концентрації. Використовуючи термометр Блекмана, вимірюють температуру замерзання клітинного соку і розраховують його концентрацію і осмотичний тиск.
Для отримання точніших результатів доцільно використовувати обидва методи.
Осмотичний потенціал (П) – термодинамічний показник, що характеризує енергетичний рівень води в системі. Це різниця між хімічним потенціалом розчину та хімічним потенціалом чистої води.
Хімічний потенціал– функція концентрації і є виміром енергії, яку дана речовина використовує на рух чи хімічні реакції. Тому чим вища концентрація даної речовини, тим вищий її хімічний потенціал.
Осмотичний потенціал – величина рівна за модулем та обернена за знаком до осмотичного тиску: П = -Р.
Для опису переміщення молекул води в розчині часто користуються поняттям водного потенціалу ΨH2O. Водний потенціал ΨH2O -це міра прагнення молекул води до переміщення в розчині. Він виражає здатність води в даній системі виконувати роботу (випаровуватися, дифундувати) у порівнянні з тією ж роботою, яку за таких умов виконала б чиста вода.
Здатність виконувати роботу у води зменшується в міру збільшення концентрації розчину, тому що при гідратації молекул розчиненої речовини зменшується частка вільної, незв'язаної води, здатної випаровуватися чи дифундувати і водний потенціал розчину зменшується.
Для хімічно чистої води водний потенціал Ψ H2O = 0, для всіх розчинів ΨH2O < 0.
Водний потенціал ΨН2О включає два компоненти: Осмотичний потенціал П, який визначається наявністю розчиненої речовини, Потенціал гідростатичного тиску Ψт
- ΨН2О = - П - Ψт
За нормального атмосферного тиску водний потенціал розчину визначається його концентрацією, тобто осмотичним потенціалом (тиском). ΨН2О = П = -Р
Таким чином водний потенціал – інтегральний показник стану води в будь-якій системі, що дозволяє оцінити не лише переміщення води з однієї клітини в іншу, а й з ґрунту в корінь, з листка в атмосферу, з ґрунту в атмосферу. Через рослини водa безупинно за градієнтом водного потенціалу пересувається від ґрунту до атмосфери.