1. POTENCIAL QUÍMICO DEL
AGUA
Dra. Irene Ávila Díaz
Marzo 2009

2. POTENCIAL QUÍMICO DEL AGUA
Es un concepto muy útil e importante en Fisiología
Vegetal ya que todos los movimientos del agua
pueden explicarse con éste.

3. POTENCIAL QUÍMICO DEL AGUA
ENERGÍA LIBRE DE GIBBS: Una medida de la energía
disponible para realizar un trabajo
G =E + PV – TS
donde:
E- energía interna (incluye la velocidad o mov. cinético de las
partículas, energía de electrones, efectos de absorción de
energía radiante, energía de enlaces químicos)
PV- Presión X Volumen
-TS: factor de desorden (temperatura por entropía)
No se puede cuantificar G, pero si el cambio en este
parámetro: G

4. POTENCIAL QUÍMICO DEL AGUA
CAMBIO EN ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
Si
G = - (espontáneo)
G = + (requiere energía)
G = 0 (en equilibrio)

5. CAMBIO EN ENERGÍA LIBRE DE GIBBS
G = - RT Ln Keq
donde:
R- cte de los gases ideales: 8.344/ mol K; 1.987 cal/ mol K
Keq = conc productos / conc reactivos

6. ENERGÍA LIBRE:
energía disponible (a Tº constante) para realizar trabajo.
POTENCIAL QUÍMICO:
es la energía libre por mol de una sustancia.
POTENCIAL QUÍMICO
mide la energía con la cual reaccionará
o se moverá una sustancia.

7. POTENCIAL QUÍMICO DEL
AGUA
O
POTENCIAL DE AGUA
O
POTENCIAL HÍDRICO
“…MEDIDA DE LA ENERGÍA DISPONIBLE
PARA REACCIÓN O MOVIMIENTO DEL AGUA…”
El Potencial de Agua se representa por la letra griega Ψ (psi)
El Ψ se ha medido en atmósferas, bars o dinas/cm2
1 atm = 1.01 bars
1 bar = 0.985 atm
1 bar = 106
dinas/cm2

8. POTENCIAL QUÍMICO DEL
AGUA
> a <
1 atm = 1.01 bars
1 bar = 0.985 atm
1 bar = 106
dinas/cm2
El movimiento del agua SIEMPRE es de un potencial
químico mayor a uno menor
Por definición, el pot. Químico del agua pura es = 0 ,
cualquier sustancia disuelta disminuye su actividad, su
potencial, por lo que será negativo (- a presión atmosférica).

9. EL AGUA SE MUEVE DE UNA REGIÓN DE ALTO POTENCIAL
A OTRA DE BAJO POTENCIAL.
•El agua se mueve a favor de un gradiente de energía.
(El agua se desplaza hacia la región de más baja energía)
•Cede energía a medida que se mueve.
(Se pierde energía como resultado del movimiento del agua)
∆Ψ = ΨA - ΨB
∆Ψ = diferencia de potencial de agua
ΨA = potencial de agua de la región A
ΨB = potencial de agua de la región B

10. ∆Ψ = ΨA - ΨB
Si ΨA > ΨB ; ∆Ψ (+)
el agua se moverá de la región A a la región B
Si ΨA < ΨB; ∆Ψ (-)
el agua se moverá de la región B a la región A
El Ψ del agua pura = 0
Toda solución tendrá un Ψ inferior a cero o negativo

11. Movimiento de las moléculas individuales de un punto
a otro del espacio, debido a sus actividades cinéticas
al azar, tendiendo a un equilibrio dinámico
Movimiento de las moléculas de una región de alto
potencial a otra región de bajo potencial

12. Movimiento de las moléculas de una región de alto potencial
a otra región de bajo potencial
En una SOLUCIÓN imperfectamente mezclada
> las moléculas de agua difunden en gradiente
> las moléculas del soluto difunden hacia abajo
de los gradientes de concentración
Factores de la tasas de difusión de las moléculas
* su tamaño
* su energía cinética
* densidad del medio que atraviesan
* el gradiente de concentración del medio
AGUA SOLUTO

13. DIFUSIÓN DE AGUA A TRAVÉS DE UNA MEMBRANA
CON PERMEABILIDAD DIFERENCIAL, DE UNA REGIÓN
DE ALTO POTENCIAL (agua pura o solución débil) A OTRA
DE BAJO POTENCIAL (solución concentrada).
Solución de azúcar
Membrana
AGUA
AGUA
Membrana
Solución
de azúcar

14. AGUA
Solución
de azúcar
POTENCIAL OSMÓTICO (Ψπ) DE UNA SOLUCIÓN
Potencial con que el agua pura difunde hacia esa solución
( El Ψπ de una solución siempre es negativo )
El POTENCIAL OSMÓTICO es una medida de la presión real generada
mediante la difusión del agua por ósmosis

15. PRESIÓN DE TURGENCIA
Presión ejercida sobre la solución por las paredes de una
célula turgente.
ΨP del agua a presión atmosférica = 0
ΨP de una solución fluctúa de valores negativos
a altamente positivos
El agua difunde al exterior de la célula,
hacia abajo de un gradiente de presión

16. 0 (a presión atmosférica)
- (bajo tensión)
+ (bajo presión)
ΨP del agua a presión atmosférica = 0
ΨP de una solución fluctúa de valores negativos a altamente positivos

17. EL POTENCIAL DE AGUA tiene dos componentes
Potencial osmótico (Ψπ)
Potencial de presión (ΨP)
En equilibrio:
Ψπ (fuera) + ΨP (fuera) = Ψπ (dentro) + ΨP (dentro)
Como en el agua pura, a presión atmosférica
Ψπ = 0 y el ΨP = 0
- Ψπ (dentro) = ΨP (dentro)

18. - Ψπ (dentro) = ΨP (dentro)
La presión de turgencia de una célula es numéricamente igual pero
de sentido opuesto al potencial osmótico de la solución contenida en ella
Si el fluido externo no es AGUA, sino una SOLUCIÓN (Ψπ < 0)
la presión de turgencia se medirá por la diferencia entre
el potencial osmótico dentro y fuera de la célula
ΨP = ∆Ψπ = Ψπ fuera - Ψπ dentro
AGUA
PURA

19. OSMÓMETRO
dispositivo que mide la presión que se produce por ósmosis
Peso = Ψπ
La presión que se produce
(P) es proporcional
a la concentración del soluto
Membrana
AGUA AGUA
SOLUCIÓN

20. Ψπ = - nRT / V
P = nRT / V
P es la presión producida
en un osmómetro,
siendo igual y opuesto
al potencial osmótico en equilibrio
R= constante de los gases
T= temperatura absoluta ºK
V= volumen de solución/soluto
n= No de moles
n/V = m= molalidad de la solución moles soluto/1000g agua
ΨP (dentro) = - Ψπ (dentro)
Ψπ = - mRT

21. Ψπ afuera > Ψπ dentro
(el agua difunde al interior)
Ψπ afuera = Ψπ dentro
(el agua no difunde)
Ψπ afuera < Ψπ dentro
(el agua difunde al exterior)
Sol.
Hipotónica
Sol.
Isotónica
Sol.
Hipertónica

22. Célula A: Ψ = 5 – 12 bars = -7 bars
Célula B: Ψ = 3 – 6 bars = -3 bars
La célula A posee un potencial de presión (presión de turgencia) de 5
bars
y contiene un citoplasma con un potencial osmótico de -12 bars;
la célula B tiene un potencial de presión de 3 bars
y una solución interna cuyo potencial osmótico es de - 6 bars.
Sí ambas células están en contacto,
¿Hacia dónde se moverá el agua y con qué fuerza?
A – B: ΔΨ = -7 - (-3) = - 4 bars
1 bar = 0.1 MPa (MegaPascal) De célula B a célula A
- 4 bars = - 0.4 MPa

23. ΔΨ = Ψ1 – Ψ2 = 0
Cuando la diferencia del potencial hídrico (ΔΨ)
entre los dos lados de la membrana es = 0,
significa que este potencial es igual en ambos lados
y se ha alcanzado el equlibrio
El equilibrio se alcanza por
PRESIÓN (en un sistema cerrado)
DILUCIÓN (en un sistema abierto)

24. ΨM = fuerzas que causan la imbibición o retienen el agua
(Fuerzas de atracción químicas o electrostáticas)
Los solventes se imbiben o difunden sólo en materiales
con los que tienen afinidad: agua en proteínas y acetona en caucho

25. TRABAJO -------------> unidades de energía
POTENCIAL de AGUA -------------> unidades de presión
Una solución 1.0 molal de glucosa
ΨS = - 2.5 kJ kg-1
(energía)
ΨS = - 2.5 MPa (presión)
2.5 MPa = 25 bars
= 24.67 atmósferas
= 18.75 m Hg
= 25.49 kg cm-2
Solución:
M (molar): ?
m (molal): ?
ΨS = Ψπ
M (molar): moles de soluto / lt disolución
m (molal): moles de soluto / kg disolvente

26. Una solución 1.0 molal de glucosa
ΨS = - 2.5 kJkg-1
(energía)
ΨS = - 2.5 MPa (presión)
ΨS = - miRT
ΨS = potencial osmótico
M = concentración de la solución, expresado como molalidad
(moles de soluto / kg de H2O)
i = constante para la ionización de los solutos y/o
otras desviaciones de las soluciones perfectas
R = constante de los gases ideales:
0.00831 kg·MPa mol-1
K-1
0.00831 kg·kJ mol-1
K-1
0.0831 kg· bars mol-1
K-1
0.080205 kg· atm mol-1
K-1
0.0357 kg· cal mol-1
K-1
T = temperatura absoluta (K) = grados C + 273

27. ΨS = - miRT
m = concentración de la solución, expresado como molalidad
(1.0 mol / kg)
i = constante para la ionización de los solutos
( moléculas no ionizadas = 1.0)
R = constante de los gases ideales
(0.00831 kg·MPa mol-1
K-1)
T = temperatura absoluta (K)
(30°C + 273 = 303 K)
Calcular el Ψπ o ΨS de una solución de glucosa 1.0 molal a 30° C
ΨS = - (1.0 mol / kg) (1.0) (0.00831 kg·MPa / mol K) (303 K)
ΨS = - 2.518 MPa (a 30° C = 303 K)

28. ΨS = - miRT
m = concentración de la solución, expresado como molalidad
(1.0 mol / kg)
i = constante para la ionización de los solutos
( moléculas no ionizadas = 1.0)
R = constante de los gases ideales
(0.00831 kg·MPa mol-1
K-1)
T = temperatura absoluta (K)
(5°C + 273 = 278 K)
Calcular el Ψπ o ΨS de una solución de glucosa 1.0 molal a 5° C
ΨS = - (1.0 mol / kg) (1.0) (0.00831 kg·MPa / mol K) (278 K)
ΨS = - 2.310 MPa (a 5° C = 278 K)

29. ¿ Hacia cuál solución se moverá el agua ?
ΨS = - 2.518 MPa
(a 30° C = 303 K)
ΨS = - 2.310 MPa
(a 5° C = 278 K)

30. Calcular el Ψπ o ΨS de una solución de NaCl 1.0 molal a 20° C
ΨS = - CiRT
C = concentración de la solución
(1.0 mol / kg)
i = constante para la ionización de los solutos
( moléculas ionizadas = 1.8)
R = constante de los gases ideales
(0.00831 kg·MPa mol-1
K-1)
T = temperatura absoluta (K)
(20°C + 273 = 293 K)
ΨS = - (1.0 mol / kg) (1.8) (0.00831 kg·MPa / mol K) (293 K)
ΨS = - 4.38 MPa (a 20° C = 293 K)

31. Gradientes de potencial químico o potencial de
agua, producen la fuerza motora para la difusión
Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Concentración o actividad (concentración
efectiva) e.j. mov. de solutos de alta actividad a
baja actividad.
En el agua cambia poco su actividad, e.j. al
agregar solutos.

32. Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Temperatura.
Vapor de la comida difunde al congelador

33. Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Temperatura.
frío
cálido
cálido
Agua liq. o vapor de agua
en la noche:
frío
Día:

34. Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Temperatura.
tibio
GAS con dos temp separados por membrana:
frío
frío
(más concentrado)
P cte. y diferencia en concentración es más importante que veloc ligeramente
mayores de moléculas

35.  EFECTO DE LA TEMPERATURA ES COMPLEJO
En gral se ignoran sus efectos porque en las ecuaciones de
termodinámica se asume una temp. Constante en el sistema
y en sus alrededores!!
Sin embargo…..
En las plantas algunas veces hay fuertes diferencias en
temp. Ej plantas de tundras alpinas, pequeñas, en suelo
muy baja temp y en parte aérea ca. 20 grados
frío
cálido

36. Gradientes de potencial químico o potencial de
agua, producen la fuerza motora para la difusión
Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Presión al incrementar P, aumenta G.
+
- ?
0

37. Gradientes de potencial químico o potencial de
agua, producen la fuerza motora para la difusión
Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Efectos del soluto Disminuyen pot químico del
solvente
- ?
0

38. Gradientes de potencial químico o potencial de
agua, producen la fuerza motora para la difusión
Factores más comunes que producen gradientes
de potencial químico del agua:
 Efectos mátricos Disminuyen pot químico del
solvente
- ?
0