水ポテンシャル計算
濃度、温度、電離係数、圧力から溶質ポテンシャルと全水ポテンシャルを計算します。
水ポテンシャルを計算
溶液の条件をモル濃度、摂氏温度、メガパスカルの圧力で入力します。
水ポテンシャルについて
水ポテンシャルは、基準条件の純水に対する水の位置エネルギーを表します。水の移動方向を予測でき、水は一般に水ポテンシャルの高い領域から低い領域へ移動します。植物生理学者、土壌科学者、学生は、浸透、根の吸水、細胞の膨圧、しおれ、植物組織内の輸送を理解するために使います。大気圧下の純水の水ポテンシャルをゼロとし、溶質が溶けると通常は負になります。
この計算器は溶質ポテンシャルと圧ポテンシャルを合計します。溶質ポテンシャルはファントホッフの関係式により、負のi×C×R×Tで計算します。電離係数iは、化学式単位ごとに生じる溶存粒子数を表します。解離しないスクロースなどは約1、理想的な塩化ナトリウムでは約2で、実際の溶液では整数にならない場合があります。Cはモル濃度、Rは0.008314リットル・メガパスカル毎モル毎ケルビンの気体定数、Tはケルビンで表した絶対温度です。入力した摂氏温度は自動的にケルビンへ変換されます。
圧ポテンシャルは、水にかかる物理的な圧力を表します。膨潤した生細胞では通常正ですが、木部の張力は負の圧ポテンシャルで表せます。この簡略モデルでは、溶質ポテンシャルに圧ポテンシャルを加えると全水ポテンシャルになります。重力やマトリックポテンシャルなどは高い植物、乾燥土壌、多孔質材料で重要になる場合がありますが、ここでは含めません。
単位を統一し、状況に応じて結果を解釈してください。理想溶液の計算は希薄溶液に最適で、濃厚溶液や相互作用の強い溶液では理想挙動から外れることがあります。隣接する領域より負の値が大きいほど、水を引き込む傾向が強くなります。数値は学習や概算に役立ちますが、精密な実験では浸透特性の実測値と、関連するすべてのポテンシャル成分を考慮してください。
水ポテンシャルの計算例
理想的なファントホッフ式を使い、結果を丸めた例です。
| 条件 | 水ポテンシャル | 解釈 |
|---|---|---|
| 0.10 mol/Lスクロース、25 °C、i = 1、圧力 = 0 MPa | -0.2479 MPa | 電離しない希薄溶液です。 |
| 0.20 mol/L溶質、20 °C、i = 2、圧力 = 0.5 MPa | -0.4749 MPa | 正の圧力が溶質ポテンシャルを一部相殺します。 |
| 0.05 mol/L溶質、30 °C、i = 1、圧力 = 0.2 MPa | 0.0740 MPa | 圧力の寄与が浸透による寄与の絶対値を上回ります。 |
水ポテンシャルの計算方法
- 溶けている溶質のモル濃度を入力します。
- 溶液の温度を摂氏で入力します。
- 電離係数とメガパスカル単位の圧ポテンシャルを入力します。
- 水ポテンシャルを計算を選び、溶質と全ポテンシャルの結果を比較します。
水ポテンシャルのよくある質問
負の水ポテンシャルは何を意味しますか?
基準状態の純水より水の位置エネルギーが低いことを示します。通路があれば、水は値の高い領域からその領域へ移動する傾向があります。
なぜ温度をケルビンに変換しますか?
ファントホッフ式には絶対温度が必要です。摂氏温度に273.15を加えると、気体の法則で使うケルビン値になります。
電離係数はいくつにすればよいですか?
理想溶液中で分子のまま存在する溶質は1です。解離する電解質では化学式単位あたりの有効粒子数を使い、実際には非理想的な挙動があり得る点に注意してください。
圧ポテンシャルは常に正ですか?
いいえ。細胞の膨圧は通常正ですが、張力下の水は負の圧ポテンシャルを持つ場合があります。モデル化する物理系に対応する符号を入力してください。
マトリックポテンシャルは含まれますか?
いいえ。溶質ポテンシャルと圧ポテンシャルのみを加算します。土壌や多孔質媒体ではマトリック成分と重力成分も必要になる場合があります。