Potencial hídrico: soluto, presión y agua en ejercicios

Decir que el agua se mueve hacia donde hay más soluto puede funcionar en un modelo sencillo, pero falla si los compartimentos están sometidos a presiones diferentes. Una célula vegetal puede compensar un potencial osmótico muy negativo mediante una presión positiva.

Vamos a comparar potenciales hídricos con datos originales. Es una práctica de ampliación que fija las condiciones antes de predecir el movimiento. No diagnostica el estado de una planta real ni representa por sí sola todo el transporte del agua en un árbol.

El potencial total es el que decide

El potencial hídrico se expresa respecto a una referencia y tiene unidades de presión. Su expresión general incorpora componentes osmótico, de presión, gravitatorio y matricial.

En nuestros compartimentos pequeños, a la misma altura y sin diferencias matriciales relevantes, utilizaremos:

Ψ = Ψ_s + Ψ_p.

Ψ_s es el potencial osmótico o de soluto; Ψ_p, el componente de presión. Con una vía permeable al agua, el movimiento neto inicial se produce desde mayor Ψ hacia menor Ψ.

«Mayor» significa comparar números con su signo. −0,20 MPa es mayor que −0,60 MPa. No se comparan únicamente los valores absolutos.

El marco conceptual está desarrollado en OpenStax, transporte de agua y solutos en plantas. Aquí dejamos explícitos los términos que despreciamos y utilizamos situaciones propias.

Ejercicio 1: la presión invierte la predicción basada sólo en soluto

Dos compartimentos A y B están conectados por una membrana permeable al agua e impermeable a los solutos del modelo.

En A: Ψ_s = −0,80 MPa y Ψ_p = +0,60 MPa.

En B: Ψ_s = −0,50 MPa y Ψ_p = 0.

Calculamos:

Ψ_A = −0,80 + 0,60 = −0,20 MPa;

Ψ_B = −0,50 + 0 = −0,50 MPa.

El agua se mueve inicialmente de A hacia B, porque −0,20 es mayor que −0,50. Comparar sólo Ψ_s habría indicado lo contrario.

La palabra «inicialmente» importa. Al moverse agua pueden cambiar volumen, concentraciones y presión. No mantendremos automáticamente todos estos valores constantes hasta el estado final.

La diferencia total es Ψ_A − Ψ_B = +0,30 MPa. Ese valor indica una diferencia de potencial en el modelo; sin una conductancia hidráulica y una geometría no calcula un caudal ni el tiempo necesario para equilibrarse.

Ejercicio 2: qué presión permitiría el equilibrio

Una célula está rodeada por una disolución cuyo potencial hídrico se mantiene en −0,30 MPa mediante un reservorio. Para un estado de la célula, su potencial osmótico medido es −0,90 MPa.

¿Qué componente de presión celular sería compatible con equilibrio hídrico?

La igualdad de potenciales exige:

−0,90 + Ψ_p = −0,30.

Despejando, Ψ_p = +0,60 MPa.

No hemos demostrado que la célula alcance necesariamente ese estado desde cualquier condición inicial. Hemos determinado la presión requerida si el potencial osmótico celular en el equilibrio es el indicado.

Si −0,90 MPa fuese sólo el valor inicial, no bastaría para calcular el equilibrio final: al entrar o salir agua cambiaría la concentración. Harían falta balances y una relación entre volumen y presión de la pared.

Ejercicio 3: concentración y unidades en el componente osmótico

Para una disolución ideal diluida con soluto no electrolítico, usamos:

Ψ_s = −cRT.

Tomamos c = 0,200 mol/L, T = 300 K y R = 0,008314 L·MPa·mol⁻¹·K⁻¹. Al conservar estas unidades coherentes:

Ψ_s = −0,200 × 0,008314 × 300 ≈ −0,499 MPa.

Si el componente de presión es +0,350 MPa, el potencial total es aproximadamente −0,149 MPa.

En contacto con un reservorio de Ψ = −0,250 MPa, el agua se movería inicialmente desde ese compartimento hacia el reservorio. Su potencial es menos negativo y, por tanto, mayor.

Si se duplica c manteniendo temperatura y el resto del modelo, el componente osmótico pasa a aproximadamente −0,998 MPa. Pero no corresponde afirmar que también se duplica el potencial total: con la misma presión, sería −0,648 MPa.

El factor de partículas necesita una hipótesis

Para un soluto que aporta más partículas, la forma ideal se escribe Ψ_s = −icRT. El factor i no es un multiplicador que deba ponerse siempre igual al número formal de iones sin comprobar el modelo.

Como ejemplo puramente ideal, un soluto con i = 2 y concentración 0,100 mol/L tendría el mismo Ψ_s que el soluto no electrolítico anterior a 0,200 mol/L. En ambos casos ic = 0,200 mol/L.

Eso no convierte sus efectos biológicos en equivalentes. La membrana puede tener permeabilidades distintas y los solutos pueden participar en procesos químicos diferentes. El ejercicio sólo compara el término osmótico bajo sus supuestos.

Equilibrio no significa ausencia de movimiento molecular

Cuando los potenciales se igualan, desaparece el flujo neto de agua debido a esa diferencia. No significa que cada molécula quede inmóvil ni que cese cualquier intercambio microscópico.

Tampoco hace falta que las concentraciones de soluto sean iguales. Una diferencia de presión puede compensar una diferencia osmótica, como muestra el segundo ejercicio.

En una planta completa pueden ser importantes altura, interacción con matrices, tensión en el xilema y resistencias del recorrido. Haber despreciado esos términos en una célula pequeña no autoriza a borrarlos de cualquier problema.

Una comprobación sin cambiar todas las variables a la vez

Vuelve al primer ejercicio y fija Ψ_p,A = +0,20 MPa, manteniendo los demás datos. Ahora Ψ_A = −0,60 MPa y Ψ_B = −0,50 MPa: el movimiento inicial se invierte y va de B hacia A.

La concentración no ha cambiado en ese instante. La predicción cambia únicamente porque se modifica la presión. Ese contraste identifica por qué «más soluto» no es una regla suficiente.

Para repasar el caso sin esta compensación, consulta la práctica de ósmosis, escrita en gallego. Guarda los signos y las hipótesis en la libreta de errores.

Preguntas frecuentes

¿El agua siempre va hacia donde hay más soluto?

No si intervienen diferencias de presión u otros componentes relevantes. La dirección neta depende de comparar los potenciales hídricos totales.

¿Potenciales iguales exigen concentraciones iguales?

No. Una diferencia de presión puede compensar una diferencia del componente osmótico y permitir igualdad de potencial total.

¿La diferencia de potencial permite calcular sola el caudal?

No. Para obtener un caudal o un tiempo hacen falta datos adicionales sobre conductancia hidráulica, geometría y evolución del sistema.

Suma los componentes antes de dibujar la flecha

Prepara una tabla con Ψ_s, Ψ_p y Ψ para cada compartimento. Dibuja la flecha sólo después de comparar los totales y explica si tu conclusión corresponde al inicio o a un equilibrio condicionado.

Para continuar, revisa Biología de Galicia y consulta contenido, precio y condiciones de compra. Esta práctica no acredita que todos los términos del potencial hídrico formen parte de tu convocatoria concreta.