Bezmaksas Nernsta vienādojuma kalkulators - Aprēķiniet membrānas potenciālu

Instantāni aprēķiniet šūnu membrānas potenciālu ar mūsu bezmaksas Nernsta vienādojuma kalkulatoru. Ievadiet temperatūru, jonu lādiņu un koncentrācijas precīziem elektroķīmiskiem rezultātiem.

Nernsta vienādojuma kalkulators

Aprēķiniet elektrisko potenciālu šūnā, izmantojot Nernsta vienādojumu.

Ievades parametri

Temperatūra*

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

Jona lādiņš (z)*

Koncentrācija ārpus šūnas*

Koncentrācija iekšpusē šūnas*

Rezultāts

Šūnas potenciāls:

0.00 mV

Kopēt

Kas ir Nernsta vienādojums?

Nernsta vienādojums saista šūnas reducēšanas potenciālu ar standarta šūnas potenciālu, temperatūru un reakcijas koeficientu.

Vienādojuma vizualizācija

Nernsta vienādojums

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

Mainīgie

E: Šūnas potenciāls (mV)
E°: Standarta potenciāls (0 mV)
R: Gāzes konstante (8.314 J/(mol·K))
T: Temperatūra (310.15 K)
z: Jona lādiņš (1)
F: Faradeja konstante (96485 C/mol)
[ion]_out: Ārējā koncentrācija (145 mM)
[ion]_in: Iekšējā koncentrācija (12 mM)

Aprēķins

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

Interpretācija

Nulles potenciāls norāda, ka sistēma ir līdzsvarā.

📚

Dokumentācija

Nernsta Vienādojuma Kalkulators: Aprēķiniet Šūnu Membrānas Potenciālu Tiešsaistē

Aprēķiniet šūnu membrānas potenciālu nekavējoties ar mūsu bezmaksas Nernsta vienādojuma kalkulatoru. Vienkārši ievadiet temperatūru, jonu lādiņu un koncentrācijas, lai noteiktu elektroķīmiskos potenciālus neironiem, muskuļu šūnām un elektroķīmiskām sistēmām.

Kas ir Nernsta Vienādojuma Kalkulators?

Nernsta vienādojuma kalkulators ir būtisks rīks, lai aprēķinātu elektrisko potenciālu šūnu membrānās, pamatojoties uz jonu koncentrācijas gradientiem. Šis pamata elektroķīmijas kalkulators palīdz studentiem, pētniekiem un profesionāļiem noteikt membrānas potenciāla vērtības, ievadot temperatūru, jonu lādiņu un koncentrācijas atšķirības.

Neatkarīgi no tā, vai jūs pētāt darbības potenciālus neironos, projektējat elektroķīmiskās šūnas vai analizējat jonu transportu bioloģiskajās sistēmās, šis šūnu potenciāla kalkulators nodrošina precīzus rezultātus, izmantojot principus, ko izstrādājis Nobela prēmijas ieguvējs ķīmiķis Valters Nernsts.

Nernsta vienādojums saista elektroķīmiskās reakcijas potenciālu ar standarta elektroda potenciālu, temperatūru un jonu aktivitātēm. Bioloģiskos kontekstos tas ir būtisks, lai saprastu, kā šūnas uztur elektriskos gradientus — kritiski svarīgi nervu impulsu pārvadei, muskuļu kontrakcijai un šūnu transporta procesiem.

Nernsta Vienādojuma Formula

Nernsta vienādojums matemātiski izsaka šādi:

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

Kur:

$E$ = Šūnu potenciāls (volti)
$E^{\circ}$ = Standarta šūnu potenciāls (volti)
$R$ = Universālais gāzes konstants (8.314 J·mol⁻¹·K⁻¹)
$T$ = Absolūtā temperatūra (Kelvins)
$z$ = Jona vērtība (lādiņš)
$F$ = Faradeja konstants (96,485 C·mol⁻¹)
$[C]_{\text{inside}}$ = Jona koncentrācija šūnā (molar)
$[C]_{\text{outside}}$ = Jona koncentrācija ārpus šūnas (molar)

Bioloģiskajām lietojumprogrammām vienādojums bieži tiek vienkāršots, pieņemot standarta šūnu potenciālu ( $E^{\circ}$ ) par nulli un izsakot rezultātu milivoltos (mV). Vienādojums tad kļūst:

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

Negatīvais zīme un apgrieztais koncentrācijas attiecība atspoguļo konvenciju šūnu fizioloģijā, kur potenciāls parasti tiek mērīts no iekšpuses uz ārpusi.

Iekšā Šūnā [K⁺] = 140 mM

Ārpus Šūnas [K⁺] = 5 mM

K⁺

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

Mainīgie Izskaidroti

Temperatūra (T): Mērīta Kelvinos (K), kur K = °C + 273.15. Cilvēka ķermeņa temperatūra parasti ir 310.15K (37°C).
Jona Lādiņš (z): Jona vērtība, kas var būt:
- +1 nātrijam (Na⁺) un kālijam (K⁺)
- +2 kalcijam (Ca²⁺) un magnijam (Mg²⁺)
- -1 hlorīdam (Cl⁻)
- -2 sulfātam (SO₄²⁻)
Jonu Koncentrācijas: Mērītas milimolaros (mM) bioloģiskajās sistēmās. Tipiskas vērtības:
- K⁺: 5 mM ārpus, 140 mM iekšā
- Na⁺: 145 mM ārpus, 12 mM iekšā
- Cl⁻: 116 mM ārpus, 4 mM iekšā
- Ca²⁺: 1.5 mM ārpus, 0.0001 mM iekšā
Konstantes:
- Gāzes konstants (R): 8.314 J/(mol·K)
- Faradeja konstants (F): 96,485 C/mol

Kā Aprēķināt Membrānas Potenciālu: Soli pa Solim

Mūsu Nernsta vienādojuma kalkulators vienkāršo sarežģītus elektroķīmiskos aprēķinus intuitīvā saskarnē. Izpildiet šos soļus, lai aprēķinātu šūnu membrānas potenciālu:

Ievadiet Temperatūru: Ievadiet temperatūru Kelvinos (K). Noklusējums ir iestatīts uz ķermeņa temperatūru (310.15K vai 37°C).
Norādiet Jona Lādiņu: Ievadiet jona vērtību (lādiņu), ko analizējat. Piemēram, ievadiet "1" kālijam (K⁺) vai "-1" hlorīdam (Cl⁻).
Ievadiet Jona Koncentrācijas: Ievadiet jona koncentrāciju:
- Ārpus šūnas (ekstracelulārā koncentrācija) mM
- Iekšā šūnas (intracelulārā koncentrācija) mM
Skatiet Rezultātu: Kalkulators automātiski aprēķina membrānas potenciālu milivoltos (mV).
Kopējiet vai Analizējiet: Izmantojiet "Kopēt" pogu, lai kopētu rezultātu saviem ierakstiem vai tālākai analīzei.

Piemēra Aprēķins

Aprēķināsim Nernsta potenciālu kālijam (K⁺) ķermeņa temperatūrā:

Temperatūra: 310.15K (37°C)
Jona lādiņš: +1
Ekstracelulārā koncentrācija: 5 mM
Intracelulārā koncentrācija: 140 mM

Izmantojot Nernsta vienādojumu: $E = -\frac{8.314 \times 310.15}{1 \times 96485} \ln\left(\frac{5}{140}\right) \times 1000$

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

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

$E = 89.08 \text{ mV}$

Šis pozitīvais potenciāls norāda, ka kālija joni tendējas plūst ārpus šūnas, kas atbilst tipiskajam elektroķīmiskajam gradientam kālijam.

Sapratne par Jūsu Nernsta Potenciāla Rezultātiem

Aprēķinātais membrānas potenciāls sniedz būtiskas atziņas par jonu kustību pāri šūnu membrānām:

Pozitīvs Potenciāls: Jons tendējas plūst ārpus šūnas (eflukss)
Negatīvs Potenciāls: Jons tendējas plūst iekšā šūnā (influx)
Nulles Potenciāls: Sistēma ir līdzsvarā ar nekādu neto jonu plūsmu

Potenciāla lielums atspoguļo elektroķīmiskās virzītspējas stiprumu. Lielāki absolūti vērtības norāda uz spēcīgākām spēkiem, kas virza jonu kustību pāri membrānai.

Nernsta Vienādojuma Lietojumi Zinātnē un Medicīnā

Nernsta vienādojumam ir plašas lietojumprogrammas bioloģijā, ķīmijā un biomedicīnas inženierijā:

Šūnu Fizioloģija un Medicīna

Neirozinātnes Pētniecība: Aprēķiniet miera membrānas potenciālu un darbības potenciāla sliekšņus neironos, lai saprastu smadzeņu funkciju.
Sirds Fizioloģija: Nosakiet sirds šūnu elektriskās īpašības, kas ir būtiskas normālas sirds ritma un aritmiju pētniecībai.
Muskuļu Fizioloģija: Analizējiet jonu gradientus, kas kontrolē muskuļu kontrakciju un relaksāciju skeleta un gludajos muskuļos.
Nieru Funkcijas Pētījumi: Izpētiet jonu transportu nieru kanāliņos, lai nodrošinātu elektrolītu līdzsvaru un nieru slimību pētniecību.

Elektroķīmija

Akumulatoru Dizains: Optimizējiet elektroķīmiskās šūnas enerģijas uzglabāšanas lietojumiem.
Korozijas Analīze: Prognozējiet un novēršiet metālu koroziju dažādās vidēs.
Elektroapstrāde: Kontrolējiet metāla noguldīšanas procesus rūpnieciskajās lietojumprogrammās.
Degvielas Šūnas: Projektējiet efektīvas enerģijas pārveides ierīces.

Biotehnoloģija

Biosensori: Izstrādājiet jonu selektīvos elektrodus analītiskām lietojumprogrammām.
Zāļu Piegāde: Inženierijas sistēmas kontrolētai lādētu zāļu molekulu izdalīšanai.
Elektrofizioloģija: Ierakstiet un analizējiet elektriskos signālus šūnās un audos.

Vides Zinātne

Ūdens Kvalitātes Uzraudzība: Mēriet jonu koncentrācijas dabiskajos ūdeņos.
Augsnes Analīze: Novērtējiet jonu apmaiņas īpašības augsnēs lauksaimniecības lietojumiem.

Alternatīvas Pieejas

Lai gan Nernsta vienādojums ir jaudīgs vienkāršu jonu sistēmām līdzsvarā, sarežģītākas situācijas var prasīt alternatīvas pieejas:

Goldmana-Hodžkina-Katza Vienādojums: Ņem vērā vairākus jonu veidus ar atšķirīgām caurlaidībām pāri membrānai. Noderīgs, lai aprēķinātu šūnu miera membrānas potenciālu.
Donnana Līdzsvars: Apraksta jonu sadalījumu, kad lielas, lādētas molekulas (piemēram, olbaltumvielas) nevar šķērsot membrānu.
Kompjūteru Modeļi: Ne-līdzsvara apstākļiem dinamiskas simulācijas, izmantojot programmatūru, piemēram, NEURON vai COMSOL, var būt piemērotākas.
Tieša Mērīšana: Izmantojot tehnikas, piemēram, patch-clamp elektrofizioloģiju, lai tieši mērītu membrānas potenciālus dzīvajās šūnās.

Nernsta Vienādojuma Vēsture

Nernsta vienādojums tika izstrādāts vācu ķīmiķa Valtera Hermana Nernsta (1864-1941) 1889. gadā, pētot elektroķīmiskās šūnas. Šis revolucionārais darbs bija daļa no viņa plašākajām ieguldījumiem fiziskajā ķīmijā, īpaši termodinamikā un elektroķīmijā.

Galvenie Vēsturiskie Notikumi:

1889: Nernsts pirmo reizi formulēja savu vienādojumu, strādājot Leipcigas Universitātē, Vācijā.
1890. gadi: Vienādojums ieguva atpazīstamību kā pamata princips elektroķīmijā, izskaidrojot galvanisko šūnu uzvedību.
20. gadsimta sākums: Fiziologi sāka piemērot Nernsta vienādojumu bioloģiskajām sistēmām, īpaši, lai saprastu nervu šūnu funkciju.
1920: Nernsts saņēma Nobela prēmiju ķīmijā par savu darbu termokīmijā, tostarp Nernsta vienādojuma izstrādi.
1940. gadi-1950. gadi: Alans Hodžkins un Endrū Hakslijs paplašināja Nernsta principus savā revolucionārajā darbā par darbības potenciāliem nervu šūnās, par ko viņi vēlāk saņēma Nobela prēmiju.
1960. gadi: Goldmana-Hodžkina-Katza vienādojums tika izstrādāts kā Nernsta vienādojuma paplašinājums, lai ņemtu vērā vairākus jonu veidus.
Mūsdienu laikmets: Nernsta vienādojums joprojām ir pamats tādās jomās kā elektroķīmija un neirozinātne, ar datoru rīkiem, kas padara tā pielietojumu pieejamāku.

Programmē

💬

Atsauksmes

💬

Noklikšķiniet uz atsauksmju tosta, lai sāktu sniegt atsauksmes par šo rīku

🔗

Saistītie Rīki

Atklājiet vairāk rīku, kas varētu būt noderīgi jūsu darbplūsmai