钠离子(钠的离子形式)

钠离子（钠 ion），是钠的离子形式。其化合价为+1，符号为Na+。相对分子质量为22.98980。其单质密度为0.97g/cm3，熔点为97.81℃，沸点为882.9℃。

人体内所含的电解质（也称无机盐）种类很多，其中阳离子主要有钠离子（主要存在于细胞外液），其具有促进体液交换、维持渗透压、促进物质吸收和合成、维持组织细胞兴奋性、维持酸碱平衡等多重功能。正常人血Na+浓度为135~145mmol/L。当机体缺Na+或水分过多时，骨骼中可交换性Na+迅速释出进入血浆补充体液中的钠，防止血Na+浓度下降。动物需要较多的Na+。各种天然水中普遍存在Na+，若水中Na+含量过低，会限制一些动物的生长。临床上对钠离子的测定非常重视，常用于待查、术前检查、药物影响、平衡紊乱的诊断和预后评估，尤其是急诊检验。钠离子临床常用测定方法有火焰原子发射光谱法、离子选择性电极电势法、酶法等。作为锂离子电池的补充和替代品备选之一，钠离子电池拥有更加低廉的价格以及丰富的储量，再加上相对高的工作电压以及安全性能，钠离子电池在能源领域占据重要地位。

2018年，德国耶拿大学的Philipp Adelhelm教授等首次利用原位电化学膨胀仪（ECD）和在线电化学质谱仪（OEMS）研究了Na+-二乙二醇二甲醚在石墨负极上的共嵌入现象。研究表明，尽管在充放电过程中石墨负极的厚度变化率高达70-100%，对应的钠化和脱钠反应却具有极高的可逆性。

历史

在19世纪初，伏特（Volta A. G.，1745~1827）发明了电池后，各国化学家利用电池分解水并获得了成功。英国化学家戴维（Davy H.，1778~1829）从事于利用电池分解各种物质的实验研究。他希望利用电池将氢氧化钾分解为氧气和一种未知的“基”，因为当时化学家们认为氢氧化钠也是氧化物。他先用苛性钾的饱和溶液实验，所得的结果却和电解水一样，只得到氢气和氧气。后来他改变实验方法，电解熔融的苛性钾时发现在阴极上出现了具有金属光泽的、类似汞的小珠，其中一些小珠立即燃烧并发生爆炸，形成光亮的火焰，而另一些小珠不燃烧，只是表面变暗，覆盖着一层白膜。他把这种小小的金属颗粒投人水中，即起火焰，在水面急速奔跃，并发出响声。就这样，戴维在1807年10月6日发现了钾，几天之后，他又从电解氢氧化钠中获得了钠。

戴维将钾和钠分别命名为Potassium和Sodium，因为钾是从草木灰（Potash）、钠是从碱石——碳酸钠（软性饮料）中得到的。钾和钠的元素符号K、Na分别来自它们的拉丁文名称KAlium和 Natrium。

理化性质

钠离子是钠的离子形式。其化合价为+1，符号为Na+，相对分子质量为22.98980。

计算化学数据

1.疏水参数计算参考值（XlogP）：无

2.氢键供体数量：0

3.氢键受体数量：0

4.可旋转化学键数量：0

5.互变异构体数量：无

6.拓扑分子极性表面积：0

7.重原子数量：1

8.表面电荷：1

9.复杂度：0

10.同位素原子数量：0

11.确定原子立构中心数量：0

12.不确定原子立构中心数量：0

13.确定化学键立构中心数量：0

14.不确定化学键立构中心数量：0

15.共价键单元数量：1

作用

生物方面

人体内所含的电解质（也称无机盐）种类很多，其中阳离子主要有钠离子（sodiumion，Na+）（主要存在于细胞外液），其具有促进体液交换、维持渗透压、促进物质吸收和合成、维持组织细胞兴奋性、维持酸碱平衡等多重功能。

正常成人钠含量约45~50mmol（1~1.15g）/kg体重，其中50%分布在细胞外液，是细胞外液的主要阳离子；10%在细胞内液，40%~45%存于骨骼，骨骼是人体钠的储存库。正常人血Na+浓度为135~145mmol/L。当机体缺Na+或水分过多时，骨骼中可交换性Na+迅速释出进入血浆补充体液中的钠，防止血Na+浓度下降。

成人每日需要4.5~9.0gNaCl，主要来自食盐，通常每日从食物中摄取NaCl为5~15g，几乎由胃肠道全部吸收。因饮食习惯不同，每日摄入量有较大差异。排出途径为尿、粪、汗。其中90%Na+从肾滤过随尿排出，正常人肾脏对Na+的排出有很强的调节作用。当血钠浓度高时，肾小管重吸收降低，过量的钠可以迅速通过肾脏排出体外；当血钠浓度低时，肾小管重吸收加强，绝大部分钠被重吸收，重吸收率达99.4%；当机体无钠盐摄人时，肾脏排NaCl趋向于零。其特点是“多吃多排，少吃少排，不吃不排”。因此，临床上需要低盐饮食而无额外丢失的病人，则一般不会出现低钠症状。

动物需要较多的Na+。水中Na+含量过低，会限制一些动物的生长。但一般天然水中的Na+含量通常不会低到起限制作用。水中一价金属离子含量过多，对许多淡水动物有毒。

工业方面

在充放电过程中，钠离子在正极和负极之间可逆地来回穿梭，从而引起电能的储存和释放。其中，在充电时，钠离子从正极活性材料晶格中脱出，通过电解液移动到负极表面，并嵌入负极活性材料晶格中，整个过程因为钠离子转移导致相应的电子也进行转移，所以正极电势升高，负极电势降低，正负极之间电压增大，进而完成充电；放电过程与充电过程相反，钠离子是从负极脱出移动到正极表面再嵌入。

钠元素与锂元素位于同一主族，位置相近，具有相似的物理性质和化学性质。因此，随着锂离子电池商业化成熟高峰期到来，受限于锂元素储量所困，人们开始研究钠离子电池。

钠离子电池主要具有以下优点：①原料资源丰富，成本低廉，分布广泛，钠离子电池三元正极材料成本仅为锂离子电池三元正极材料的一半。②钠离子电池的半电池电势较锂离子电势高0.3伏左右，因此能利用分解电势更低的电解质溶剂及电解质盐，电解质的选择范围更宽。③钠离子电池有相对稳定的电化学性能，使用更加安全。④钠离子电池能量密度大于100瓦·时/千克，可与磷酸铁锂电池相媲美，而且其成本优势明显，在大规模储能中可取代传统铅酸电池。

来源

各种天然水中普遍存在有Na+。Na+在天然水中最重要的特点是，不同条件下的含量差别十分悬殊。在大多数河水中含量在每升几毫克至几十毫克之间，但在卤水中可达100g·L-1以上。含盐量高的水中，Na+是占最优势的阳离子，在海水中Na+的含量为10g kg-1左右（当海水盐度为35‰左右时）约占全部阳离子量的81%。

天然咸水中，Na+与CI-之间有等摩尔关系，即CNa+≈CCI-。这种情况说明，天然咸水中Na+的存在是由于NaCI的溶解，当Na+或CI-有其他来源时，则上述摩尔关系不再适用。在淡水中，由于Na+来源于铝硅酸盐矿物的分解，故CNa+>CCI-。在卤水中CNa+地壳的平均含量中，Na+的数量为2.64%。含钠矿物由于易风化，Na+倾向于转移至天然水中。

在极少数的情况下，如在某些石英岩地区，天然水中含有Na+的含量为每升几毫克。

合成方法

由分子分离成离子的过程，称为电离。体液中的绝大部分电解质均处于电离状态，电离程度有的大，有的小。带电的原子（或原子团）称为离子。带正电荷者叫阳离子，Na+就是阳离子。

NaCI→Na++CI-（强电解质）

应用

临床上对钠离子的测定非常重视，常用于待查、术前检查、药物影响、平衡紊乱的诊断和预后评估，尤其是急诊检验。

测定方法

钠离子的测定方法很多，决定性方法（definitive method）有原子吸收分光光度法（atomic absorption spectrophotometry，AAS）、同位素稀释质谱法（isotope dilution-质量 spectrometry，ID-MS）、质量分析法和中子活化法等，而临床常用测定方法有火焰原子发射光谱法（flame emissionspectrophotometry，FES）、离子选择性电极电势法（ionselectiveelectrode，ISE）、酶法等。最早的方法是四苯硼钠法，现已被淘汰。决定性方法因测定条件要求高，所需仪器特殊，很难应用于临床。火焰光度法在20世纪90年代前应用较广，被推荐为参考方法（reference method），但因其不够安全（需液化石油气燃烧），影响因素多，近来正逐步被淘汰。离子选择性电极电位法是目前应用最多的常规方法（路由 method），具有简单、快速、安全、无污染、重复性好等优点。酶法是近年来新发展的极具应用前景的测定方法，具有可全自动分析、试剂商品化、测定可标准化、特异性好、干扰少等优点。

安全信息

包装等级：III

海关代码：2501002000

危险类别码：R22

安全说明：26-36

临床意义

1.血清钠增高（>150mmol/L）：①肾上腺皮质功能亢进症，如库欣病、原发性高醛固酮症。②严重高渗性脱水。③中枢性尿崩症时尿量大增而供水不足。④心力衰竭时、肝硬化时常有钠潴留发生。

2.血清钠降低（<130mMol/L）：①胃肠道失钠：可见于幽门梗阻，呕吐，腹泻，胃肠道、胆管手术后造瘘、引流等。②尿钠排出增多：见于严重肾盂肾炎、肾小管严重损害、肾上腺皮质功能不全、糖尿病、应用利尿剂治疗等。③皮肤失钠：大量出汗时只补充水分而未补充钠，大面积烧伤、创伤致体液和钠从创口大量丢失等。④稀释性失钠：肾病综合征的低蛋白血症、肝硬化腹水、右心衰竭时有效血容量减低等引起抗利尿激素增多，血钠被稀释。

研究进展

2018年，德国耶拿大学的Philipp Adelhelm教授等首次利用原位电化学膨胀仪（ECD）和在线电化学质谱仪（OEMS）研究了Na+-二乙二醇二甲醚在石墨负极上的共嵌入现象。研究表明，尽管在充放电过程中石墨负极的厚度变化率高达70-100%，对应的钠化和脱钠反应却具有极高的可逆性。这是因为负极的石墨颗粒在充放电过程中仅被剥离为片状的石墨晶体（exfoliate）而没有被彻底剥离为非晶化程度高的石墨碳（delaminate）。石墨负极的厚度变化率取决于其荷电状态。当充电至0.6 V vs. Na+/Na的电压平台时，石墨矿负极的厚度随比容量的变化速率最大。继续充电至0.5 vs. Na+/Na以下，则石墨负极的厚度基本不变，此时负极反应更像是一个赝电容过程而不是法拉第未来过程。OEMS测试表明，电解质在负极表面的还原分解反应仅限于首次充放电循环。在此后长达45h的充放电热力学循环中，均不能用OEMS观测到电解质分解产生的气体。用TEM也没有观察到石墨负极表面的SEI膜或SEI膜断裂产生的碎片。这表明石墨负极表面没有SEI膜，特殊的双电层结构使石墨负极/电解液界面在动力学上异常稳定。该工作以“Graphite as Cointercalation Electrode for 钠Ion Batteries： Electrode Dynamics and the Missing 固体电解质 Interphase （SEI）”为标题发表在Adv. 能量 Mater.上。

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