Relatório 1

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DETERMINAÇÃO DO POTENCIAL HÍDRICO
Carolina de Toledo Bueno 2020007755,
Maria Caiane Lino de Souza 2020016450,
Maria Eduarda Lacerda Ramos 2020006696,
Vitória de Faria Silva 2020024738.
18 de Maio de 2022
Resumo
O presente relatório tem por finalidade a prática dos conceitos de relações
hídricas e potencial hídrico abordados em sala de aula. Para isso, foi
realizado um experimento em laboratório com discos de batatas em
diferentes soluções de sacarose. Após ficarem imersos por 30 minutos em
soluções de diferentes concentrações, os discos de batata ganharam ou
perderam massa. Com isso, buscamos a solução mais próxima da isotonia,
ou seja, que levou a uma menor alteração de massa, para, assim, encontrar o
potencial hídrico.
1 Introdução
É importante conhecer o conceito do potencial da água para entender as relações hídricas das
plantas com o meio exterior (solo e atmosfera). O potencial da água, também chamado de
potencial hídrico, é simbolizado pela letra grega psi maiúscula (Ψ) e representa a energia da
água disponível para realizar trabalho, ou seja, a energia livre associada às moléculas de água.
A unidade utilizada no potencial hídrico é o Jmol-1.
O potencial hídrico pode sofrer alterações pela temperatura, pela gravidade, ou pelo contato
da água com solutos ou com superfícies “molháveis”. Portanto, a energia livre da água está
relacionada tanto à cinética das moléculas quanto às propriedades físico-químicas da água.
Em geral, a energia livre da água pode ser influenciada por quatro principais fatores:
concentração, pressão, forças de superfície e gravidade. O potencial hídrico (Ψw) pode ser
representado pela soma dos seguintes componentes:
Ψw = Ψos + Ψp + Ψg + Ψm
Os termos Ψos, Ψp, Ψg e Ψm denotam os efeitos como explicado abaixo dos solutos, da
pressão, da gravidade e de forças de superfície respectivamente, sobre a energia livre da água.
Solutos – O termo Ψos, conhecido como potencial de soluto ou potencial osmótico representa
o efeito dos solutos dissolvidos sobre o potencial hídrico. As moléculas dipolares da água são
atraídas e retidas pelos solutos (cátions e ânions), induzindo um decréscimo na atividade da
água. Assim, o potencial osmótico pode ser definido pela concentração molar dos solutos (n),
pela temperatura (T) que deve estar em Kelvin, e pela constante de Reynolds ( R = 8,32
Jmol-1K-1)
Ψos= - n R T
Pressão – O termo Ψp corresponde ao potencial de pressão hidrostática gerada quando a água
entra e preenche todo o volume celular. Quando positiva há aumento do potencial hídrico e,
quando negativa (tensão) há diminuição do potencial hídrico. Quando nos referimos à pressão
positiva dentro da célula, Ψp é usualmente denominado de potencial de turgescência (ou
pressão de Turgor). O Ψp pode ser positivo, como ocorre nas células túrgidas, podendo
alcançar também valores negativos, o que ocorre nos vasos do xilema de plantas
transpirando.
Gravidade – O Ψg representa o potencial gravitacional e representa a ação da gravidade sobre
a água em colunas ascendentes. Ele é definido como o trabalho necessário para manter a água
suspensa em determinado ponto em relação à atração da gravidade. O efeito da gravidade
sobre o Ψw depende da viscosidade da água (∂), da aceleração da gravidade (g) e da altura (h)
da coluna d'água em relação a um ponto de referência. Normalmente, a superfície do solo é
tomada como referência, h = 0 e, portanto, o h é calculado com as células em altura maior
que 10m. Pode ser explicitado pela equação:
Ψg = ∂ . g . h
Matricial – O potencial matricial (Ψm) é o componente do potencial hídrico que define as
influências que as forças superficiais e espaços intermicelares exercem sobre o potencial
químico da água O potencial matricial é devido primariamente à pressão negativa local,
causada pela capilaridade, e pela interação da água com as superfícies sólidas (partículas do
solo, por exemplo). O Ψm é, em geral negativo e seu valor é desprezível em células
diferenciadas que apresentam grandes vacúolos. A tensão negativa formada nas paredes
celulares e transmitida aos vasos do xilema é também referida como potencial matricial.
2 Metodologia
Para determinação do potencial hídrico utiliza-se a seguinte equação:
Ψw = Ψp + Ψos + Ψg + Ψm
Para sua determinação no experimento com um tubérculo de batata, consideramos o
componente matricial sendo zero, porque o tubérculo não estará no solo e sim imerso na
água. Também consideramos o componente gravitacional como sendo zero, já que se trata da
transferência de água em pequenas distâncias, abaixo de 10 metros. Com isso, a equação
pode ser simplificada:
Ψw = Ψos + Ψp
Para que consigamos calcular o potencial hídrico sem saber a pressão na parede celular, o
potencial de pressão precisa ser zero, então é preciso atingir o equilíbrio entre o potencial
hídrico da solução e do tecido da batata. Dessa forma, não haverá a força de uma pressão
negativa de água, causando a plasmólise (pela falta de água), nem uma pressão positiva ou de
turgor (pelo excesso de água).
Para isso, fornecemos diferentes soluções de diferentes concentrações de sacarose, para que,
em algum deles, o tecido da batata atinja o equilíbrio osmótico. É preciso considerar que a
concentração de solutos na batata irá depender, por exemplo, do tipo de batata, que poderá
apresentar diferentes quantidades de carboidratos presentes nela, entre outros.
Podemos utilizar a sacarose como soluto para variar o potencial osmótico utilizando a Lei de
Van't Hoff para calcularmos a quantidade necessária:
Ψos = -i . RT
Ao variarmos o potencial osmótico, será encontrada a molalidade de cada solução, tornando
possível calcular a quantidade de sacarose necessária para cada 250 mL de água. Logo, para o
experimento, foram calculadas as seguintes medidas:
Sacarose por 250 mL de água destilada Ψos
3,42 g -0,1 MPa
6,93 g -0,2 MPa
10,43 g -0,3 MPa
13,93 g -0,4 MPa
17,36 g -0,5 MPa
20,86 g -0,6 MPa
24,28 g -0,7 MPa
27,79 g -0,8 MPa
31,29 g -0,9 MPa
34,71 g -1,0 MPa
38, 21 g -1,1 MPa
41,73 g -1,2 MPa
Recebemos 12 discos de batata, pesamos cada um deles e, depois disso, deixamos cada um
deles submerso nas soluções de sacarose por 30 minutos. Depois disso, fizemos uma breve
secagem e uma nova pesagem.
Ao comparar as alterações de massa nos discos de batata, buscamos a solução que induziu a
uma menor alteração e que, em condições ideias, consideramos que seria a solução de
isotonia. Num caso de solução isotônica, o potencial de pressão seria igual a zero, pois não
haveria entrada ou saída de água das células. Desse modo, podemos simplificar ainda mais a
função:
Ψw = Ψos
Ou seja, o potencial hídrico nesse caso seria igual ao potencial de solutos da solução onde a
isotonia foi encontrada.
3 Resultados e discussões
Após as devidas análises, encontramos os resultados registrados na tabela abaixo:
Solução de sacarose
Potencial osmótico
(MPa)
Peso inicial Peso final
Variação de
massa
Solução 1: 3.42 g -0.1 0.5773 g 0.5790 g 0.0017 g
Solução 2: 6.93 g -0.2 0.5028 g 0.5069 g 0.0041 g
Solução 3: 10.43 g -0.3 0.5345 g 0.5479 g 0.0134 g
Solução 4: 13.93 g -0.4 0.6331 g 0.6477 g 0.0146 g
Solução 5: 17.36 g -0.5 0.7991 g 0.8056 g 0.0065 g
Solução 6: 20.86 g -0.6 0.5845 g 0.5803 g -0.0042 g
Solução 7: 24.28 g -0.7 0.4904 g 0.4714 g -0.0190 g
Solução 8: 27.79 g -0.8 0.5917 g 0.5850 g -0.0067 g
Solução 9: 31.29 g -0.9 0.4921 g 0.4533 g -0.0388 g
Solução 10: 34.71 g -1 0.5160 g 0.4915 g -0.0245 g
Solução 11: 38.21 g -1.1 0.5737 g 0.5411 g -0.0326 g
Solução 12: 41.73 g -1.2 0.5539 g 0.5376 g -0.0163 g
Com isso, elaboramos um gráfico onde, no eixo X, estão os valores do potencial osmótico de
cada solução e, no eixo Y, estão os valores de variação de massa dos discos de batata nas
respectivas soluções.
Concluímos que a solução mais próxima da isotonia foi a solução 1. Acreditamos que a
variação de massa não foi igual a zero pois não é possível reproduzir em laboratório as
condições perfeitas para que esse valor seja encontrado. Pequenas inconsistências na
quantidadede soluto dissolvido na solução, variação da temperatura ambiente no dia do
experimento, inexatidões da balança e a própria inexperiência do grupo podem ter levado a
essa diferença de resultados.
Considerando que a solução 1 tenha sido de fato isotônica em relação ao disco de batata,
podemos seguir com a linha de raciocínio. Nessa solução, de -0.1MPa, o potencial de pressão
teria sido zerado e, portanto:
Ψw = Ψos = -0.1 MPa
4 Conclusão
Percebe-se que o pedaço de tubérculo de batata colocado na solução 1 foi o que chegou mais
próximo do equilíbrio osmótico, apesar de apresentar um leve aumento de peso. Já era
esperado que chegaríamos a valores próximos, mas não iguais a zero de delta, já que não
sabíamos, por exemplo, a quantidade de carboidratos presente na batata, mas os resultados
foram bastante condizentes com a teoria.
O potencial osmótico variou para cada solução, logo o potencial hídrico também variou, o
que era esperado, já que quanto mais soluto, menor a energia livre presente na solução. Isso
ocorre porque a água gasta parte de sua energia livre dissolvendo esse soluto.
Além disso, percebemos que com o aumento da concentração de sacarose na solução as
células da batata passaram de um processo de pressão positiva (absorvendo água), para um
processo de pressão negativa(perdendo água). Essa mudança pode ser vista principalmente a
partir da solução 6, onde a diferença de peso passa a ser negativa. Isso ocorre porque a
energia livre da batata passa a ser maior que a energia livre da solução, logo ela perde água
pelo processo de osmose.
Os valores não são lineares da solução 1 para a solução 12 porque, apesar de os cortes terem
ficados bem parecidos, não eram exatamente iguais, além de podermos considerar que a
secagem com papel toalha (após a imersão na solução) pode ter sido um pouco diferente para
diferentes pedaços.
Concluímos que esse experimento retratou de forma bem próxima os conceitos de potencial
hídrico, energia livre e potencial osmótico, além da relação de concentração do soluto com o
potencial de pressão, nos ajudando a compreender de forma prática como manipular essas
variáveis e interpretá-las.
5 Questões
Qual o potencial hídrico do tubérculo de batata analisado?
R.: Para encontrar o potencial hídrico da batata analisada, precisamos considerar a fórmula:
ψw = ψs + ψp (1)
onde os únicos fatores de influência considerados no potencial hídrico são o potencial
osmótico (ψs) e o potencial de pressão (ψp).
De acordo com as considerações do experimento, podemos anular o potencial de pressão, já
que ao realizar os cortes no laboratório reduzimos ele a um valor mínimo.
Tendo que definir apenas o potencial osmótico para encontrar o potencial hídrico, o
encontramos a partir da Lei de Van’t Hoff:
ψs = -m.i.R.T (1)
ψs = -m.1.0,082.(273+18)
ψs = -m.1.0,082.291
m: concentração molar
m=n/V
n= massa/Massa molar
Massa molar da sacarose(C12H22O11):
12x12 + 22x1 + 11x16: 342g/mol
n= 3,42g/342g/mol
n= 0,01 mol
m= 0,01/ 0,25 L
m=0,04mol/L
ψs = -0,04.1.0,082.291
ψs = -0,95448
Se, ao invés de sacarose fosse utilizado NaCl para preparar as soluções utilizadas neste
experimento, os resultados seriam diferentes? Explique.
R.: Os resultados seriam diferentes, pois ao misturar o NaCl na água, ele iria iniciar o
processo de dissociação, liberando cátions Na+ e íons Cl- na água. Já a sacarose na solução
em água se dissolve muito bem, pela sua formação molecular de grupos OH, o que permite a
formação de pontes de hidrogênio com as moléculas de água. Portanto, ao considerarmos a
relação de quanto maior a quantidade de soluto, menor o potencial hídrico, podemos dizer
que se alterasse para NaCl na solução, os resultados também seriam diferentes.
Dê um exemplo de situação ambiental onde as plantas poderiam ser impedidas de
absorver a água disponível no solo, mesmo se esta ocorrer em abundância.
R.: Um exemplo que ocorre essa situação ambiental seria quando, mesmo com a
disponibilidade de água o suficiente para o desenvolvimento da planta, isso não ocorre, pois
há uma alta concentração de íons minerais no solo, fazendo com que a água seja desviada
para eles ou não chegue às raízes da planta em grandes quantidades por se encontrar em
outras regiões mais concentradas.
Explique um mecanismo utilizado pela planta para conseguir absorver água nas
condições descritas na questão.
R.: Para suprir essa necessidade, os vegetais desenvolveram um mecanismo, conhecido em
fisiologia como teoria da coesão-tensão, em que a partir da tensão gerada pelo processo de
transpiração, a planta consegue desenvolver um sistema de pressões positivas e negativas em
seu interior e vias hídricas internas, para que assim consiga absorver a água.