4) Trasporto dell'acqua

TENSIONE SUPERFICIALE

necessaria per aumentare la superficie

dell’ interfaccia gas-liquido), ossia la forza

che l’acqua esercita sulla sua fase liquida.

L’acqua nell’interfaccia aria-acqua è più

attratta dalla fase liquida piuttosto che

dalla fase gassosa, in quanto le molecole

non vogliono passare nella fase gassosa ma

vogliono rimanere nella fase liquida, dove

all’interno del liquido le molecole d’acqua

esercitano una forte attrazione.

In questa interfaccia aria-acqua, le

molecole d’acqua non vogliono evaporare

ma vogliono rimanere nella loro fase liquida. Questo perchè le molecole d’acqua esercitano una

forza nell’interfaccia aria-acqua che influenza sia la forma della superficie ma allo stesso tempo

l’acqua tende a creare una forte pressione sul resto del liquido.

Ricapitolando l’acqua è attratta dalla fase liquida e su questa fase liquida esercita una forza.

Che cos’è la tensione superficiale?

La Tensione Superficiale genera le forze necessarie per spingere un flusso d’acqua attraverso il

sistema vascolare delle piante.

Che cos’è la capillarità?

La coesione, l’adesione e la tensione superficiale generano un fenomeno detto , che

CAPILLARITA’

permette all’acqua di salire in tubicini molto sottili, dove più è piccolo il tubo maggiore sarà la

salita per capillarità.

Inoltre, essi esercitano una

tensione sulle molecole d’acqua

appena sotto la superficie, dovuto

alle forze di coesione (forze di

attrazione tra una molecola d’acqua

ed un’altra), che causano il

movimento dell’acqua verso l’alto

all’interno di un tubo capillare.

Questo movimento dura fino a

quando la forza di adesione (forze

di attrazione tra le molecole

d’acqua e le pareti del tubicino) è

bilanciata dal peso della colonna

d’acqua, che più diventa pesante e

meno sale.

Qual è la caratteristica della capillarità?

I Vasi delle piante, in alcuni punti soprattutto nel fusto, sono molto grandi ed è impossibile che

l’acqua possa risalire per capillarità perchè questo è un processo che avviene in tubi sottilissimi. Le

forze di coesione, di adesione e di tensione superficiale sono forti e permettono al liquido di

risalire. Il liquido, in un capillare, pesa meno rispetto che in una struttura con un diametro

maggiore, perchè abbiamo una risalita di una quantità enorme, che pesa molto, e la risalita è

minima, invece in un tubicino capillare abbiamo una risalita abbastanza importante.

Quindi, quando l’acqua è contenuta in un tubo grande, il numero delle molecole d’acqua a

contatto con il vetro è piccolo, invece se il tubo capillare è piccolo, il numero di molecole

dell’acqua a contatto con il vetro è più grande, e quindi prevalgono le forze di adesione sulle forze

di coesione.

Altre forze che possono essere esercitate sull’acqua sono la .

FORZA DI TENSIONE

La coesione impartisce all’acqua

anche una grandissima Forza di

Tensione, definita come la capacità di

resistere a forze di trazione.

Un esempio è l’utilizzo di una siringa

contenente acqua ed incappucciata,

per capire le forze che vengono

esercitate sull’acqua. Se premiamo il

pistone il fluido si comprime fino ad

un certo punto, poichè anche se

continuiamo a spingere non passa

nulla, in quanto sul fluido stiamo

applicando una pressione.

Questa pressione che si genera è detta PRESSIONE IDROSTATICA POSITIVA.

La pressione viene misurata in unità definite (Pa) o più semplicemente (MPa).

PASCAL MEGAPASCAL

Che cos’è la pressione? -2

La equivale alla forza per unità di superficie (1Pa = 1N m ) e all’energia per unità di

PRESSIONE -3

volume (1Pa = 1J m ).

Quando invece cerco di far in modo che il fluido venga richiamato verso l’esterno, quindi allento il

pistone, il fluido cerca di prendere tutto il volume della siringa. Quando tiro il pistone faccio in

modo che il liquido venga richiamato verso l’esterno.

Questa pressione che applico sul liquido è una .

PRESSIONE IDROSTATICA NEGATIVA

In questo caso quindi il liquido sale lungo la siringa nel momento in cui allento la compressione, e

quindi applico sulla siringa e soprattutto sull’acqua una forza, una pressione idrostatica negativa,

che permette al liquido di risalire verso l’alto.

Il MOVIMENTO DELL’ ACQUA

Lo studio del movimento di una qualsiasi sostanza liquida, include lo studio sia dell’energia che

della velocità. Che cosa andiamo a valutare con

l’energia?

Andiamo a valutare le variazioni di energia

libera.

Quando invece parliamo di velocità, cosa

andiamo a vedere?

Andiamo a vedere le forze che guidano il

liquido durante il movimento.

Iniziamo con la valutazione dell’ .

ENERGIA

L’ è l’energia disponibile per compiere un lavoro e viene misurato in joule.

ENERGIA LIBERA L’energia libera per mole di una sostanza è

indicata come ed è

POTENZIALE ELETTROCHIMICO

joule su moli (joule/mol).

Il potenziale elettrochimico dell’acqua è dato dalla seguente formula:

Il Potenziale μ è dato dal potenziale in condizioni

standard μ , più R (costante dei gas), per T

0

(temperatura della soluzione), per ln (logaritmo

naturale) di a (attività dell’acqua), più P (pressione)

per V (volume molare dell’acqua, ossia di una mole

di acqua), più la componente elettrica di una

sostanza (ma questo non è il caso dell’acqua

perchè essa non ha una carica netta essendo una

molecola neutra, una molecola polare), più tutta la

componente che si occupa della massa dell’acqua

(m), dell’altezza (h) e della gravità (g). Quindi abbiamo che il potenziale chimico dell’acqua è dato:

dal suo potenziale in condizioni standard (μ , e per convenzione è uguale a 0, ed è riferito

0)

all’acqua pura a pressione atmosferica e a temperatura costante.

a è l’attività dell’acqua, ed è uguale ad 1 per l’acqua pura.

V è il volume molare dell’acqua.

m è la massa dell’acqua, che è uguale a 18.

Il è un parametro che misura l’energia libera dell’acqua per unità di volume,

POTENZIALE IDRICO

come nel suolo, nella radice, nella foglia o nell’atmosfera, ed è dato dal potenziale elettrico

dell’acqua in condizioni normali, meno il suo

potenziale in condizioni standard (di pressione e

temperatura costante), diviso il volume molale

dell’acqua.

Il potenziale idrico si misura in unità di pressione,

in megapascal (MPa).

A cosa serve misurare il potenziale idrico dell’acqua?

Serve soprattutto a valutare lo della pianta e serve a definire la

STATO IDRICO DIREZIONE DEL

attraverso le membrane cellulari, i

FLUSSO IDRICO

tessuti e gli organi della pianta.

Se noi conosciamo il potenziale idrico del’acqua,

sappiamo esattamente l’acqua come si muove

perchè sappiamo da quali leggi è governata.

Quindi se noi conosciamo il potenziale idrico,

possiamo capire la direzione del flusso idrico

dell’acqua all’interno della pianta.

I cambiamenti fisiologici durante la disidratazione, hanno diversi potenziali idrici.

Quindi a seconda di come diminuisce il dell’acqua, si possono avere dei

POTENZIALE IDRICO cambiamenti importanti

all’interno delle cellule vegetali e

della pianta stessa.

Ad esempio abbiamo l’accumulo

di acido abscissico, di soluti, che

sono up-regulation. Mentre la

down-regulation è data dalla

fotosintesi, dalla conduttanza

stomatica, dalla sintesi proteica,

dalla sintesi della parete

cellulare e dall’espansione

cellulare.

E’ chiaro che se non c’è acqua, il

metabolismo di una pianta non

va avanti perchè la pianta deve cercare in qualche modo di non disidratarsi, e quindi blocca tutti i

processi che avvengono all’interno delle cellule vegetali, eccezion fatta perchè poi attiva la

biosintesi di ABA e soprattutto di soluti che servono per far in modo che la pianta non perda altra

acqua.

Il (lasciando perde la formula in alto dell’immagine) viene indicato

POTENZIALE IDRICO DELL’ACQUA con la lettera psi (Ψ dipende da tre fattori, dalla:

) e

w

1. CONCENTRAZIONE

2. PRESSIONE

3. GRAVITA’

Quindi per capire il potenziale idrico, dobbiamo vedere

la concentrazione delle sostanze disciolte nell’acqua, la

pressione dell’acqua ed anche la gravità.

Vi ho parlato delle sequoie, che possono raggiungere

anche 130 metri, e non si può trascurare la componente

gravidazionale in quanto ha un ruolo importante.

Questo potenziale idrico (Ψ dipende dal: (Ψ ),

), POTENZIALE DEI SOLUTI POTENZIALE DI PRESSIONE

w s

(Ψ ), (Ψ ).

POTENZIALE DI GRAVITA’

p g

Ψ Ψ Ψ Ψ

= + +

w s p g

Il o potenziale osmotico (Ψ ), rappresenta l’effetto sul potenziale idrico dei

POTENZIALE DEI SOLUTI s

soluti disciolti.

Parliamo di acqua che le piante prelevano dal

suolo in cui sono disciolti molti soluti, quali sali

minerali, azoto, ecc. , e non di acqua pura.

I soluti influenzano il trasporto dell’acqua e

quindi influenzano il potenziale idrico.

Questo potenziale idrico ci serve a capire come

l’acqua si sposta all’interno delle cellule

vegetali, e siccome parleremo anche delle

radici che assorbono l’acqua, è chiaro che

quando l’acqua viene assorbita non viene assorbita come acqua pura, ma all’interno ci sono dei

soluti disciolti.

Quindi la componente del potenziale osmotico influenza molto il potenziale idrico delle cellule

vegetali della pianta.

In una soluzione l’attività dell’acqua è sempre inferiore a 1.

Quindi il potenziale osmotico deve essere sempre inferiore a 0, perchè zero rappresenta l’acqua

pura in condizioni standard.

Se all’interno dell’acqua pura, che è uguale a zero, ho dei soluti disciolti, abbasso il potenziale

idrico che diventa negativo, in quanto il potenziale osmotico abbassa il potenziale idrico.

I soluti poichè diminuiscono l’energia libera dell’acqua, quindi la

RIDUCONO IL POTENZIALE IDRICO sua capacità a compiere lavoro.

Se mettiamo l’acqua a bollire e dentro

mettiamo il sale prima che l’acqua inizi a

bollire, impiega più