БІОФІЗИКА РОСЛИН - Ю. І. Посудін - 2004

IІ. ПРОЦЕСИ ПЕРЕНОСУ В СИСТЕМІ РОСЛИНА-ҐРУНТ-ПОВІТРЯ

6. ПЕРЕНОС МАСИ

6.2. ХІМІЧНИЙ ПОТЕНЦІАЛ ВОДИ

Відносна величина хімічного потенціалу μ_j (або вільної енергії Гіббса для одного моля) будь-якої речовини j залежить від багатьох типів рушійних сил осмотичної, гідростатичної та електричної природи:

де μ_j⁰ - хімічний потенціал при стандартних умовах, R - універсальна газова стала, Т - абсолютна Температура, a_j - активність речовини, - парціальний моляльний об’єм речовини, р - гідростатичний тиск у водному розчині, надлишковий по відношенню до навколишнього атмосферного тиску, z_j - заряд речовини, F - стала Фарадея, Δφ - різниця потенціалів.

Різниця хімічних потенціалів речовини в різних точках свідчить про напрямок самочинного руху речовини, який відбувається саме у бік меншого потенціалу. Хімічний потенціал є відносною величиною, яка визначається якимось умовним рівнем енергії. Для цього в рівняння (6.2) введено стандартний хімічний потенціал μ_j⁰. При визначенні різниці хімічних потенціалів Δμ_j величини μ_j⁰ взаємно скорочуються, так що умовність величини стандартного хімічного потенціалу несуттєва.

Активність речовини а_j, яка характеризує вплив кількості будь-якої речовини j на її хімічний потенціал, визначається за виразом:

де γ_j - коефіцієнт активності, що характеризує відхилення від ідеальної поведінки (γ_j = 1 для ідеальних розчинів), c_j - концентрація речовини. Активність чистої води а_в дорівнює одиниці, тоді як додавання розчинених речовин у водний розчин зменшує активність води. Наявність розчинених речовин призводить до виникнення у розчині осмотичного тиску, ЩО свідчить про протилежність напрямків активності води а_в та осмотичного тиску р_осм. Ця протидія для моляльного (що вимірюється Відношенням кількості молів на 1000 г розчинника) об’єму чистої води описується рівнянням Вант-Гоффа:

Якщо а_в = 1 для чистої води, то при додаванні розчинених речовин активність води зменшується, тому величина lnа_в стає від ємною, а осмотичний тиск - додатним.

Вплив гідростатичного тиску на хімічний потенціал визначається членом р. Парціальний моляльний об’єм речовини характеризує збільшення об’єму системи із збільшенням кількості речовин jна 1 моль за умови, що вміст інших компонентів не змінюється. Для води = 18 см³ · моль^-1.

Вплив електричних ефектів на хімічний потенціал (член z_jFΔφ) у рівнянні (6.2) можна вважати незначним, оскільки Вода електронейтральна.

З урахуванням усіх цих міркувань хімічний потенціал води можна представити так:

Різниця хімічних потенціалів (μ_в - μ_в⁰) характеризує істинну здатність води виконувати роботу в даній системі порівняно з подібною здатністю чистої води при атмосферному тиску і при тій же температурі, при якій знаходиться ця система. Якщо взяти дві точки системи з різними значеннями (μ_в - μ_в⁰), то вода буде переходити в область з меншими значеннями (μ_в - μ_в⁰). Цю різницю можна визначити з останнього рівняння:

звідки:

Тут величина, що пропорційна (μ_в - μ_в⁰), відома під назвою водного потенціалу.