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

నెర్న్‌స్టు సమీకరణ వేరియబుల్స్ వివరణ

1. ఉష్ణోగ్రత (T)

• కెల్విన్ (K) లో కొలుస్తారు, ఇక్కడ K = °C + 273.15
• శరీర ఉష్ణోగ్రత: 310.15K (37°C)
• గది ఉష్ణోగ్రత: 298.15K (25°C)

2. అయాన్ ఛార్జ్ (z) - అయాన్ యొక్క విలువ:

• +1: సోడియం (Na⁺), పొటాషియం (K⁺)
• +2: కాల్షియం (Ca²⁺), మాగ్నీషియం (Mg²⁺)
• -1: క్లోరైడ్ (Cl⁻)
• -2: సల్ఫేట్ (SO₄²⁻)

3. అయాన్ కేంద్రీకరణలు - సాధారణ జీవ సంబంధిత విలువలు (mM):

4. భౌతిక స్థిరాంకాలు:

• గ్యాస్ స్థిరాంకం (R): 8.314 J/(mol·K)
• ఫరాడే స్థిరాంకం (F): 96,485 C/mol

మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్‌ను ఎలా లెక్కించాలి: దశల వారీ మార్గదర్శకం

మా నెర్న్‌స్టు సమీకరణ కేల్క్యులేటర్ సంక్లిష్ట ఎలక్ట్రోకెమికల్ లెక్కింపులను ఒక సులభమైన ఇంటర్ఫేస్‌లో సరళీకరించగలదు. సెల్ మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్ ను లెక్కించడానికి ఈ దశలను అనుసరించండి:

1. ఉష్ణోగ్రతను నమోదు చేయండి: కెల్విన్ (K) లో ఉష్ణోగ్రతను నమోదు చేయండి. డిఫాల్ట్ శరీర ఉష్ణోగ్రత (310.15K లేదా 37°C) గా సెట్ చేయబడింది.

2. అయాన్ ఛార్జ్‌ను నిర్దేశించండి: మీరు విశ్లేషిస్తున్న అయాన్ యొక్క విలువ (ఛార్జ్) ను నమోదు చేయండి. ఉదాహరణకు, పొటాషియం (K⁺) కోసం "1" లేదా క్లోరైడ్ (Cl⁻) కోసం "-1" నమోదు చేయండి.

3. అయాన్ కేంద్రీకరణలను నమోదు చేయండి: అయాన్ యొక్క కేంద్రీకరణను నమోదు చేయండి:

   • సెల్ వెలుపల (ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులర్ కేంద్రీకరణ) mM లో
   • సెల్ లో (ఇంట్రాసెల్యులర్ కేంద్రీకరణ) mM లో

4. ఫలితాన్ని చూడండి: కేల్క్యులేటర్ ఆటోమేటిక్‌గా మిల్లివోల్ట్స్ (mV) లో మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్‌ను లెక్కిస్తుంది.

5. కాపీ లేదా విశ్లేషించండి: మీ రికార్డుల కోసం ఫలితాన్ని కాపీ చేయడానికి "కాపీ" బటన్‌ను ఉపయోగించండి లేదా మరింత విశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించండి.

ఉదాహరణ లెక్కింపు

శరీర ఉష్ణోగ్రత వద్ద పొటాషియం (K⁺) కోసం నెర్న్‌స్టు పోటెన్షియల్‌ను లెక్కించుకుందాం:

• ఉష్ణోగ్రత: 310.15K (37°C)
• అయాన్ ఛార్జ్: +1
• ఎక్స్‌ట్రాసెల్యులర్ కేంద్రీకరణ: 5 mM
• ఇంట్రాసెల్యులర్ కేంద్రీకరణ: 140 mM

నెర్న్‌స్టు సమీకరణను ఉపయోగించి: $E = -\frac{8.314 \times 310.15}{1 \times 96485} \ln\left(\frac{5}{140}\right) \times 1000$

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

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

$E = 89.08 \text{ mV}$

ఈ సానుకూల పోటెన్షియల్ సెల్ నుండి పొటాషియం అయాన్‌లు బయటకు ప్రవహించడానికి ప్రేరేపిస్తుందని సూచిస్తుంది, ఇది పొటాషియం కోసం సాధారణ ఎలక్ట్రోకెమికల్ గ్రేడియెంట్‌తో సరిపోతుంది.

మీ నెర్న్‌స్టు పోటెన్షియల్ ఫలితాలను అర్థం చేసుకోవడం

లెక్కించిన మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్ సెల్ మెంబ్రేన్‌ల ద్వారా అయాన్ చలనం గురించి కీలకమైన అవగాహనలను అందిస్తుంది:

• సానుకూల పోటెన్షియల్: అయాన్ సెల్ నుండి బయటకు ప్రవహించడానికి (ఎఫ్లక్స్)
• నెగటివ్ పోటెన్షియల్: అయాన్ సెల్ లోకి ప్రవహించడానికి (ఇన్ఫ్లక్స్)
• సున్నా పోటెన్షియల్: నెట్ అయాన్ ప్రవహణం లేకుండా వ్యవస్థ సమతుల్యతలో ఉంది

పోటెన్షియల్ పరిమాణం ఎలక్ట్రోకెమికల్ డ్రైవింగ్ ఫోర్స్ శక్తిని ప్రతిబింబిస్తుంది. పెద్ద అబ్సొల్యూట్ విలువలు మెంబ్రేన్ ద్వారా అయాన్ చలనం కోసం బలమైన శక్తులను సూచిస్తాయి.

నెర్న్‌స్టు సమీకరణ అనువర్తనాలు శాస్త్రం మరియు వైద్యంలో

నెర్న్‌స్టు సమీకరణ జీవశాస్త్రం, రసాయన శాస్త్రం మరియు బయోమెడికల్ ఇంజనీరింగ్‌లో విస్తృత అనువర్తనాలను కలిగి ఉంది:

సెల్యులర్ ఫిజియాలజీ మరియు వైద్యము

1. న్యూరోసైన్స్ పరిశోధన: న్యూరాన్లలో రెస్టింగ్ మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్ మరియు చర్య పోటెన్షియల్ త్రెషోల్డ్స్‌ను లెక్కించడం, మెదడు ఫంక్షన్‌ను అర్థం చేసుకోవడానికి

2. హృదయ ఫిజియాలజీ: సాధారణ హృదయ రిథమ్ మరియు అరిథ్మియా పరిశోధనకు అవసరమైన హృదయ కణాల విద్యుత్ లక్షణాలను నిర్ధారించడం

3. కండర ఫిజియాలజీ: కండర కంకణం మరియు రిలాక్సేషన్‌ను నియంత్రించే అయాన్ గ్రేడియెంట్లను విశ్లేషించడం

4. కిడ్నీ ఫంక్షన్ అధ్యయనాలు: ఎలక్ట్రోలైట్ సమతుల్యత మరియు కిడ్నీ వ్యాధి పరిశోధన కోసం కిడ్నీ ట్యూబుల్స్‌లో అయాన్ రవాణాను పరిశీలించడం

ఎలక్ట్రోకెమిస్ట్రీ

1. బ్యాటరీ డిజైన్: శక్తి నిల్వ అనువర్తనాల కోసం ఎలక్ట్రోకెమికల్ సెల్స్‌ను ఆప్టిమైజ్ చేయడం.

2. కోర్రోషన్ విశ్లేషణ: వివిధ వాతావరణాలలో లోహ క్షీణతను అంచనా వేయడం మరియు నివారించడం.

3. ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్: పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో లోహ డిపాజిషన్ ప్రక్రియలను నియంత్రించడం.

4. ఫ్యూయల్ సెల్స్: సమర్థవంతమైన శక్తి మార్పిడి పరికరాలను రూపకల్పన చేయడం.

బయోటెక్నాలజీ

1. బయోసెన్సర్లు: విశ్లేషణాత్మక అనువర్తనాల కోసం అయాన్-ఎంపికా ఎలక్ట్రోడ్‌లను అభివృద్ధి చేయడం.

2. మందుల విడుదల: ఛార్జ్ చేసిన మందు అణువుల నియంత్రిత విడుదల కోసం వ్యవస్థలను ఇంజనీరింగ్ చేయడం.

3. ఎలక్ట్రోఫిజియాలజీ: కణాలు మరియు కండరాలలో విద్యుత్ సంకేతాలను రికార్డ్ చేయడం మరియు విశ్లేషించడం.

పర్యావరణ శాస్త్రం

1. నీటి నాణ్యత మానిటరింగ్: సహజ నీటిలో అయాన్ కేంద్రీకరణలను కొలవడం.

2. మట్టిలో విశ్లేషణ: వ్యవసాయ అనువర్తనాల కోసం మట్టిలో అయాన్ మార్పిడి లక్షణాలను అంచనా వేయడం.

ప్రత్యామ్నాయ దృక్కోణాలు

నెర్న్‌స్టు సమీకరణ సమతుల్య పరిస్థితులలో ఒంటరి అయాన్ వ్యవస్థల కోసం శక్తివంతమైనది, కానీ మరింత సంక్లిష్ట పరిస్థితులు ప్రత్యామ్నాయ దృక్కోణాలను అవసరం చేస్తాయి:

1. గోల్డ్‌మాన్-హాడ్‌కిన్-కాట్జ్ సమీకరణ: మెంబ్రేన్ దాటిన వివిధ పర్మియబిలిటీలతో అనేక అయాన్ జాతులను పరిగణిస్తుంది. సెల్‌ల యొక్క రెస్టింగ్ మెంబ్రేన్ పోటెన్షియల్‌ను లెక్కించడానికి ఉపయోగకరమైనది.

2. డొన్నన్ సమతుల్యత: పెద్ద