Лекция 2 Термодинамика водообмена
Термодинамические характеристики: а (активность) – это та реальная эффективная концентрация, в соответствии с которой вода может принимать участие в химических реакциях и процессах водообмена. а = v·с, где v – коэффициент активности воды; с - концентрация µw – химический потенциал воды, мера её активности. Характеризует свободную энтальпию, ту её часть, которая способна к обратимым превращениям. (продолжение)
, где Водный потенциал w (продолжение) νw – парциальный молекулярный объём воды, равный 18 см 3·моль-1
µw – химический потенциал указывает, на сколько свободная энтальпия воды в данной системе ниже, чем у чистой воды. Единица измерения - эрг·моль-1 Ψw – водный потенциал характеризует истинную способность воды производить работу в данной точке системы по сравнению с той же способностью чистой воды при атмосферном давлении и заданной температуре. Ψw растворов всегда меньше Ψw 0 (=0), по этому их велина всегда будет отрицательной. Молекулы воды всегда перемещаются из участка с более высоким водным потенциалом к участку с более низким водным потенциалом !!!
Водный потенциал биологической системы Ψπ – осмотический потенциал Ψm – матричный потенциал Ψp – гидростатический потенциал Ψg – гравитационный потенциал
Осмотический потенциал (Ψπ) Осмос – перемещение молекул воды через полупроницаемую мембрану, направленное из области с более высоким водным потенциалом в область с более низким водным потенциалом. Ψπ определяется присутствием растворённых веществ, снижающих активность воды. Ψπ = - R·T·c·i, где i – изотонический коэффициент Вант-Гоффа i = 1+α(n-1), где α – степень электролитической диссоциации n – число ионов, на которое диссоциирует молекула Осмотическое давление – это дополнительное давление, которое должно быть приложено к раствору, чтобы воспрепятствовать одностороннему току воды через полупроницаемую мембрану. (продолжение)
Осмотический потенциал – величина отрицательная Осмотическое (тургорное) давление – величина положительная. Единицы измерения: 1 атм = 1, 013 бар = 1, 013· 105 Па = 101, 3 к. Па Характеристика растворов: изотонические – с одинаковым осмотическим давлением гипертонический – раствор, имеющий большее, по сравнению с другим раствором, значение π гипотонический – раствор, имеющий меньшее, по сравнению с другим раствором, значение π
Матричный потенциал (Ψm) характеризует снижение активности воды за счёт: ● гидратации коллоидобразующих веществ (полипептидов, белков, полисахаридов, нуклеиновых кислот, фосфолипидов); ● адсорбции на границе раздела фаз. Матричное связывание воды, сопровождающееся увеличением объёма, называют набуханием. Вследствие набухания активность воды снижается: Ψm < 0 Путём набухания поглощают воду семена, всасывающие чешуи, веламен (эпифиты).
Гидростатический потенциал (Ψр) компонент водного потенциала, обусловленный внутриклеточным давлением. По мере увеличения объёма вакуоли (при поступлении в неё воды) усиливается давление протопласта на клеточную стенку и возникает тургорное давление. Вследствие жёсткости клеточной стенки возникает равное по величине и противоположное по направлению - противодавление клеточной стенки. Возникновение давления (и противодавления) приводит к увеличению активности воды в растительной клетке. Ψр > 0 (величина положительная)
Состояния клетки: А - тургорное Б – уголковый плазмолиз В – вогнутый плазмолиз Г – выпуклый плазмолиз Д – судорожный плазмолиз Е – колпачковый плазмолиз
Гравитационный потенциал (Ψg) характеризует изменение активности воды при перемещении в гравитационном поле Земли. Ψg = ρw·g·h, где ρw – плотность воды g – ускорение силы тяжести (980 см·с-2) h – высота растения (см, м) Ψg составляет ~ 0, 01 м. Па·м-1
Движущие силы водного обмена растительной клетки • осмос • экзосмос • электроосмос (облегчённая диффузия) • набухание коллоидов • массовый поток (присасывающее действие транспирации)
Осмотическое уравнение состояния клетки S = π – (P + A), где S – сосущая сила π – потенциальное осмотическое давление Р – тургорное давление А – противодавление окружающих клеток
Скачать презентацию Лекция 2 Термодинамика водообмена Термодинамические характеристики а
Водный режим(2).ppt