Kalkulator Persamaan Nernst Gratis - Hitung Potensial Membran

Hitung potensial membran sel secara instan dengan kalkulator persamaan Nernst gratis kami. Masukkan suhu, muatan ion & konsentrasi untuk hasil elektrokimia yang tepat.

Kalkulator Persamaan Nernst

Hitung potensi listrik dalam sel menggunakan persamaan Nernst.

Parameter Masukan

Suhu*

temperatureHelper: 0°C = 273.15K, 25°C = 298.15K, 37°C = 310.15K

Muatan Ion (z)*

Konsentrasi di Luar Sel*

Konsentrasi di Dalam Sel*

Hasil

Potensi Sel:

0.00 mV

Salin

Apa itu Persamaan Nernst?

Persamaan Nernst menghubungkan potensi reduksi suatu sel dengan potensi sel standar, suhu, dan kuotien reaksi.

Visualisasi Persamaan

Persamaan Nernst

E = E° - (RT/zF) × ln([ion]_out/[ion]_in)

Variabel

E: Potensi Sel (mV)
E°: Potensi Standar (0 mV)
R: Konstanta Gas (8.314 J/(mol·K))
T: Suhu (310.15 K)
z: Muatan Ion (1)
F: Konstanta Faraday (96485 C/mol)
[ion]_out: Konsentrasi Luar (145 mM)
[ion]_in: Konsentrasi Dalam (12 mM)

Perhitungan

RT/zF = (8.314 × 310.15) / (1 × 96485) = 0.026725

ln([ion]_out/[ion]_in) = ln(145/12) = 2.491827

(RT/zF) × ln([ion]_out/[ion]_in) = 0.026725 × 2.491827 × 1000 = 66.59 mV

E = 0 - 66.59 = 0.00 mV

cellDiagram

insideCell

[12 mM]

outsideCell

[145 mM]

ionFlowDirection

Interpretasi

Potensi nol menunjukkan bahwa sistem berada dalam keseimbangan.

📚

Dokumentasi

Kalkulator Persamaan Nernst: Hitung Potensial Membran Sel Secara Online

Hitung potensial membran sel secara instan dengan kalkulator persamaan Nernst gratis kami. Cukup masukkan suhu, muatan ion, dan konsentrasi untuk menentukan potensial elektrokimia untuk neuron, sel otot, dan sistem elektrokimia.

Apa itu Kalkulator Persamaan Nernst?

Kalkulator persamaan Nernst adalah alat penting untuk menghitung potensial listrik di seluruh membran sel berdasarkan gradien konsentrasi ion. Kalkulator elektrokimia dasar ini membantu siswa, peneliti, dan profesional menentukan nilai potensial membran dengan memasukkan suhu, muatan ion, dan perbedaan konsentrasi.

Apakah Anda sedang mempelajari potensial aksi di neuron, merancang sel elektrokimia, atau menganalisis transportasi ion dalam sistem biologis, kalkulator potensial sel ini memberikan hasil yang tepat menggunakan prinsip yang ditetapkan oleh ahli kimia peraih Hadiah Nobel, Walther Nernst.

Persamaan Nernst menghubungkan potensial reaksi elektrokimia dengan potensial elektroda standar, suhu, dan aktivitas ion. Dalam konteks biologis, ini penting untuk memahami bagaimana sel mempertahankan gradien listrik—kritis untuk transmisi impuls saraf, kontraksi otot, dan proses transportasi seluler.

Rumus Persamaan Nernst

Persamaan Nernst dinyatakan secara matematis sebagai:

$E = E^{\circ} - \frac{RT}{zF} \ln\left(\frac{[C]_{\text{inside}}}{[C]_{\text{outside}}}\right)$

Di mana:

$E$ = Potensial sel (volt)
$E^{\circ}$ = Potensial sel standar (volt)
$R$ = Konstanta gas universal (8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹)
$T$ = Suhu absolut (Kelvin)
$z$ = Valensi (muatan) ion
$F$ = Konstanta Faraday (96,485 C·mol⁻¹)
$[C]_{\text{inside}}$ = Konsentrasi ion di dalam sel (molar)
$[C]_{\text{outside}}$ = Konsentrasi ion di luar sel (molar)

Untuk aplikasi biologis, persamaan sering disederhanakan dengan mengasumsikan potensial sel standar ( $E^{\circ}$ ) nol dan menyatakan hasil dalam milivolt (mV). Persamaan kemudian menjadi:

$E = -\frac{RT}{zF} \ln\left(\frac{[C]_{\text{outside}}}{[C]_{\text{inside}}}\right) \times 1000$

Tanda negatif dan rasio konsentrasi terbalik mencerminkan konvensi dalam fisiologi seluler, di mana potensial biasanya diukur dari dalam ke luar sel.

Di Dalam Sel [K⁺] = 140 mM

Di Luar Sel [K⁺] = 5 mM

K⁺

E = -61 log([K⁺]outside/[K⁺]inside) mV

Variabel Dijelaskan

Suhu (T): Diukur dalam Kelvin (K), di mana K = °C + 273.15. Suhu tubuh biasanya 310.15K (37°C).
Muatan Ion (z): Valensi ion, yang dapat berupa:
- +1 untuk natrium (Na⁺) dan kalium (K⁺)
- +2 untuk kalsium (Ca²⁺) dan magnesium (Mg²⁺)
- -1 untuk klorida (Cl⁻)
- -2 untuk sulfat (SO₄²⁻)
Konsentrasi Ion: Diukur dalam milimolar (mM) untuk sistem biologis. Nilai tipikal:
- K⁺: 5 mM di luar, 140 mM di dalam
- Na⁺: 145 mM di luar, 12 mM di dalam
- Cl⁻: 116 mM di luar, 4 mM di dalam
- Ca²⁺: 1.5 mM di luar, 0.0001 mM di dalam
Konstanta:
- Konstanta gas (R): 8.314 J/(mol·K)
- Konstanta Faraday (F): 96,485 C/mol

Cara Menghitung Potensial Membran: Panduan Langkah-demi-Langkah

Kalkulator persamaan Nernst kami menyederhanakan perhitungan elektrokimia yang kompleks menjadi antarmuka yang intuitif. Ikuti langkah-langkah ini untuk menghitung potensial membran sel:

Masukkan Suhu: Input suhu dalam Kelvin (K). Default diatur pada suhu tubuh (310.15K atau 37°C).
Tentukan Muatan Ion: Masukkan valensi (muatan) ion yang Anda analisis. Misalnya, masukkan "1" untuk kalium (K⁺) atau "-1" untuk klorida (Cl⁻).
Input Konsentrasi Ion: Masukkan konsentrasi ion:
- Di luar sel (konsentrasi ekstraseluler) dalam mM
- Di dalam sel (konsentrasi intraseluler) dalam mM
Lihat Hasil: Kalkulator secara otomatis menghitung potensial membran dalam milivolt (mV).
Salin atau Analisis: Gunakan tombol "Salin" untuk menyalin hasil untuk catatan Anda atau analisis lebih lanjut.

Contoh Perhitungan

Mari kita hitung potensial Nernst untuk kalium (K⁺) pada suhu tubuh:

Suhu: 310.15K (37°C)
Muatan ion: +1
Konsentrasi ekstraseluler: 5 mM
Konsentrasi intraseluler: 140 mM

Menggunakan persamaan Nernst: $E = -\frac{8.314 \times 310.15}{1 \times 96485} \ln\left(\frac{5}{140}\right) \times 1000$

$E = -\frac{2580.59}{96485} \times \ln(0.0357) \times 1000$

$E = -0.02675 \times (-3.33) \times 1000$

$E = 89.08 \text{ mV}$

Potensial positif ini menunjukkan bahwa ion kalium cenderung mengalir keluar dari sel, yang sejalan dengan gradien elektrokimia tipikal untuk kalium.

Memahami Hasil Potensial Nernst Anda

Potensial membran yang dihitung memberikan wawasan penting tentang pergerakan ion melintasi membran sel:

Potensial Positif: Ion cenderung mengalir keluar dari sel (efluks)
Potensial Negatif: Ion cenderung mengalir ke dalam sel (influks)
Potensial Nol: Sistem dalam keseimbangan tanpa aliran ion bersih

Magnitudo potensial mencerminkan kekuatan gaya pendorong elektrokimia. Nilai absolut yang lebih besar menunjukkan gaya yang lebih kuat yang mendorong pergerakan ion melintasi membran.

Aplikasi Persamaan Nernst dalam Ilmu Pengetahuan dan Kedokteran

Persamaan Nernst memiliki aplikasi luas di seluruh biologi, kimia, dan rekayasa biomedis:

Fisiologi Seluler dan Kedokteran

Penelitian Neurosains: Menghitung potensial membran istirahat dan ambang potensial aksi di neuron untuk memahami fungsi otak
Fisiologi Jantung: Menentukan sifat listrik sel jantung yang penting untuk ritme jantung normal dan penelitian aritmia
Fisiologi Otot: Menganalisis gradien ion yang mengontrol kontraksi dan relaksasi otot pada otot rangka dan otot polos
Studi Fungsi Ginjal: Menyelidiki transportasi ion di tubulus ginjal untuk keseimbangan elektrolit dan penelitian penyakit ginjal

Elektrokimia

Desain Baterai: Mengoptimalkan sel elektrokimia untuk aplikasi penyimpanan energi.
Analisis Korosi: Memprediksi dan mencegah korosi logam di berbagai lingkungan.
Elektroplating: Mengontrol proses deposisi logam dalam aplikasi industri.
Sel Bahan Bakar: Merancang perangkat konversi energi yang efisien.

Bioteknologi

Biosensor: Mengembangkan elektroda selektif ion untuk aplikasi analitis.
Pengiriman Obat: Rekayasa sistem untuk pelepasan terkontrol molekul obat bermuatan.
Elektrofisiologi: Merekam dan menganalisis sinyal listrik dalam sel dan jaringan.

Ilmu Lingkungan

Pemantauan Kualitas Air: Mengukur konsentrasi ion dalam air alami.
Analisis Tanah: Menilai sifat pertukaran ion tanah untuk aplikasi pertanian.

Pendekatan Alternatif

Sementara persamaan Nernst sangat kuat untuk sistem ion tunggal pada keseimbangan, skenario yang lebih kompleks mungkin memerlukan pendekatan alternatif:

Persamaan Goldman-Hodgkin-Katz: Mempertimbangkan beberapa spesies ion dengan permeabilitas yang berbeda di seluruh membran. Berguna untuk menghitung potensial membran istirahat sel.
Keseimbangan Donnan: Menggambarkan distribusi ion ketika molekul besar yang bermuatan (seperti protein) tidak dapat melintasi membran.
Model Komputasi: Untuk kondisi non-keseimbangan, simulasi dinamis menggunakan perangkat lunak seperti NEURON atau COMSOL mungkin lebih tepat.
Pengukuran Langsung: Menggunakan teknik seperti elektrofisiologi patch-clamp untuk mengukur potensial membran secara langsung dalam sel hidup.

Sejarah Persamaan Nernst

Persamaan Nernst dikembangkan oleh ahli kimia Jerman Walther Hermann Nernst (1864-1941) pada tahun 1889 saat mempelajari sel elektrokimia. Karya revolusioner ini merupakan bagian dari kontribusinya yang lebih luas terhadap kimia fisik, terutama dalam termodinamika dan elektrokimia.

Perkembangan Sejarah Kunci:

1889: Nernst pertama kali merumuskan persamaannya saat bekerja di Universitas Leipzig, Jerman.
1890-an: Persamaan ini mendapatkan pengakuan sebagai prinsip dasar dalam elektrokimia, menjelaskan perilaku sel galvanik.
Awal 1900-an: Fisiolog mulai menerapkan persamaan Nernst pada sistem biologis, terutama untuk memahami fungsi sel saraf.
1920: Nernst dianugerahi Hadiah Nobel dalam Kimia untuk karyanya dalam termokimia, termasuk pengembangan persamaan Nernst.
1940-an-1950-an: Alan Hodgkin dan Andrew Huxley memperluas prinsip Nernst dalam karya revolusioner mereka tentang potensial aksi di sel saraf, yang kemudian mereka terima Hadiah Nobel.
1960-an: Persamaan Goldman-Hodgkin-Katz dikembangkan sebagai perpanjangan dari persamaan Nernst untuk mempertimbangkan beberapa spesies ion.
Era Modern: Persamaan Nernst tetap fundamental di bidang mulai dari elektrokimia hingga ilmu saraf, dengan alat komputasi membuat aplikasinya lebih mudah diakses.

Contoh Pemrograman

Berikut adalah contoh cara menerapkan persamaan Nernst dalam berbagai bahasa pemrograman:

1def calculate_nernst_potential(temperature, ion_charge, conc_outside, conc_inside):
2    """
3    Hitung potensial Nernst dalam milivolt.
4    
5    Args:
6        temperature: Suhu dalam Kelvin
7        ion_charge: Muatan ion (valensi)
8        conc_outside: Konsentrasi di luar sel dalam mM
9        conc_inside: Konsentrasi di dalam sel dalam mM
10        
11    Returns:
12        Potensial Nernst dalam milivolt
13    """
14    import math
15    
16    # Konstanta
17    R = 8.314  # Konstanta gas dalam J/(mol·K)
18    F = 96485  # Konstanta Faraday dalam C/mol
19    
20    # Hindari pembagian dengan nol
21    if ion_charge == 0:
22        ion_charge = 1
23    
24    # Periksa konsentrasi yang valid
25    if conc_inside <= 0 or conc_outside <= 0:
26        return float('nan')
27    
28    # Hitung potensial Nernst dalam milivolt
29    nernst_potential = -(R * temperature / (ion_charge * F)) * math.log(conc_outside / conc_inside) * 1000
30    
31    return nernst_potential
32
33# Contoh penggunaan
34temp = 310.15  # Suhu tubuh dalam Kelvin
35z = 1  # Muatan ion kalium
36c_out = 5  # mM
37c_in = 140  # mM
38
39potential = calculate_nernst_potential(temp, z, c_out, c_in)
40print(f"Potensial Nernst: {potential:.2f} mV")
41

1function calculateNernstPotential(temperature, ionCharge, concOutside, concInside) {
2  // Konstanta
3  const R = 8.314;  // Konstanta gas dalam J/(mol·K)
4  const F = 96485;  // Konstanta Faraday dalam C/mol
5  
6  // Hindari pembagian dengan nol
7  if (ionCharge === 0) {
8    ionCharge = 1;
9  }
10  
11  // Periksa konsentrasi yang valid
12  if (concInside <= 0 || concOutside <= 0) {
13    return NaN;
14  }
15  
16  // Hitung potensial Nernst dalam milivolt
17  const nernstPotential = -(R * temperature / (ionCharge * F)) * 
18                          Math.log(concOutside / concInside) * 1000;
19  
20  return nernstPotential;
21}
22
23// Contoh penggunaan
24const temp = 310.15;  // Suhu tubuh dalam Kelvin
25const z = 1;  // Muatan ion kalium
26const cOut = 5;  // mM
27const cIn = 140;  // mM
28
29const potential = calculateNernstPotential(temp, z, cOut, cIn);
30console.log(`Potensial Nernst: ${potential.toFixed(2)} mV`);
31

public class NernstCalculator {
    // Konstanta
    private static final double R = 8.314;  // Konstanta gas dalam J/(mol·K)
    private static final double F = 96485;  // Konstanta Faraday dalam C/mol
    
    public static double calculateNernstPotential(
            double temperature, 
            double ionCharge, 
            double concOutside, 
            double concInside) {
        
        // Hindari pembagian dengan nol
        if (ionCharge == 0) {
            ionCharge = 1;
        }
        
        // Periksa konsentrasi yang valid
        if (concInside <= 0 || concOutside <= 0) {
            return Double.NaN;
        }
        
        // Hitung potensial Nernst dalam milivolt
        double nernstPotential = -(R * temperature / (ionCharge * F)) * 
                                 Math.log(concOutside / concInside) * 1000;

💬

Umpan Balik

💬

Klik toast umpan balik untuk mulai memberikan umpan balik tentang alat ini

🔗

Alat Terkait

Temukan lebih banyak alat yang mungkin berguna untuk alur kerja Anda