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鈉離子（鈉 ion），是鈉的離子形式。其化合價為+1，符號為Na+。相對分子質量為22.98980。其單質密度為0.97g/cm3，熔點為97.81℃，沸點為882.9℃。

人體內所含的電解質（也稱無機鹽）種類很多，其中陽離子主要有鈉離子（主要存在于細胞外液），其具有促進體液交換、維持滲透壓、促進物質吸收和合成、維持組織細胞興奮性、維持酸堿平衡等多重功能。正常人血Na+濃度為135~145mmol/L。當機體缺Na+或水分過多時，骨骼中可交換性Na+迅速釋出進入血漿補充體液中的鈉，防止血Na+濃度下降。動物需要較多的Na+。各種天然水中普遍存在Na+，若水中Na+含量過低，會限制一些動物的生長。臨床上對鈉離子的測定非常重視，常用于待查、術前檢查、藥物影響、平衡紊亂的診斷和預后評估，尤其是急診檢驗。鈉離子臨床常用測定方法有火焰原子發射光譜法、離子選擇性電極電勢法、酶法等。作為鋰離子電池的補充和替代品備選之一，鈉離子電池擁有更加低廉的價格以及豐富的儲量，再加上相對高的工作電壓以及安全性能，鈉離子電池在能源領域占據重要地位。

2018年，德國耶拿大學的Philipp Adelhelm教授等首次利用原位電化學膨脹儀（ECD）和在線電化學質譜儀（OEMS）研究了Na+-二乙二醇二甲醚在石墨負極上的共嵌入現象。研究表明，盡管在充放電過程中石墨負極的厚度變化率高達70-100%，對應的鈉化和脫鈉反應卻具有極高的可逆性。

歷史

在19世紀初，伏特（Volta A. G.，1745~1827）發明了電池后，各國化學家利用電池分解水并獲得了成功。英國化學家戴維（Davy H.，1778~1829）從事于利用電池分解各種物質的實驗研究。他希望利用電池將氫氧化鉀分解為氧氣和一種未知的“基”，因為當時化學家們認為氫氧化鈉也是氧化物。他先用苛性鉀的飽和溶液實驗，所得的結果卻和電解水一樣，只得到氫氣和氧氣。后來他改變實驗方法，電解熔融的苛性鉀時發現在陰極上出現了具有金屬光澤的、類似汞的小珠，其中一些小珠立即燃燒并發生爆炸，形成光亮的火焰，而另一些小珠不燃燒，只是表面變暗，覆蓋著一層白膜。他把這種小小的金屬顆粒投人水中，即起火焰，在水面急速奔躍，并發出響聲。就這樣，戴維在1807年10月6日發現了鉀，幾天之后，他又從電解氫氧化鈉中獲得了鈉。

戴維將鉀和鈉分別命名為Potassium和Sodium，因為鉀是從草木灰（Potash）、鈉是從堿石——碳酸鈉（軟性飲料）中得到的。鉀和鈉的元素符號K、Na分別來自它們的拉丁文名稱KAlium和 Natrium。

理化性質

鈉離子是鈉的離子形式。其化合價為+1，符號為Na+，相對分子質量為22.98980。

計算化學數據

1.疏水參數計算參考值（XlogP）：無

2.氫鍵供體數量：0

3.氫鍵受體數量：0

4.可旋轉化學鍵數量：0

5.互變異構體數量：無

6.拓撲分子極性表面積：0

7.重原子數量：1

8.表面電荷：1

9.復雜度：0

10.同位素原子數量：0

11.確定原子立構中心數量：0

12.不確定原子立構中心數量：0

13.確定化學鍵立構中心數量：0

14.不確定化學鍵立構中心數量：0

15.共價鍵單元數量：1

作用

生物方面

人體內所含的電解質（也稱無機鹽）種類很多，其中陽離子主要有鈉離子（sodiumion，Na+）（主要存在于細胞外液），其具有促進體液交換、維持滲透壓、促進物質吸收和合成、維持組織細胞興奮性、維持酸堿平衡等多重功能。

正常成人鈉含量約45~50mmol（1~1.15g）/kg體重，其中50%分布在細胞外液，是細胞外液的主要陽離子；10%在細胞內液，40%~45%存于骨骼，骨骼是人體鈉的儲存庫。正常人血Na+濃度為135~145mmol/L。當機體缺Na+或水分過多時，骨骼中可交換性Na+迅速釋出進入血漿補充體液中的鈉，防止血Na+濃度下降。

成人每日需要4.5~9.0gNaCl，主要來自食鹽，通常每日從食物中攝取NaCl為5~15g，幾乎由胃腸道全部吸收。因飲食習慣不同，每日攝入量有較大差異。排出途徑為尿、糞、汗。其中90%Na+從腎濾過隨尿排出，正常人腎臟對Na+的排出有很強的調節作用。當血鈉濃度高時，腎小管重吸收降低，過量的鈉可以迅速通過腎臟排出體外；當血鈉濃度低時，腎小管重吸收加強，絕大部分鈉被重吸收，重吸收率達99.4%；當機體無鈉鹽攝人時，腎臟排NaCl趨向于零。其特點是“多吃多排，少吃少排，不吃不排”。因此，臨床上需要低鹽飲食而無額外丟失的病人，則一般不會出現低鈉癥狀。

動物需要較多的Na+。水中Na+含量過低，會限制一些動物的生長。但一般天然水中的Na+含量通常不會低到起限制作用。水中一價金屬離子含量過多，對許多淡水動物有毒。

工業方面

鈉離子作為二次電池的電荷載體，通過脫嵌機制參與能量轉化。在充放電過程中，鈉離子在正極和負極之間可逆地來回穿梭，從而引起電能的儲存和釋放。其中，在充電時，鈉離子從正極活性材料晶格中脫出，通過電解液移動到負極表面，并嵌入負極活性材料晶格中，整個過程因為鈉離子轉移導致相應的電子也進行轉移，所以正極電勢升高，負極電勢降低，正負極之間電壓增大，進而完成充電；放電過程與充電過程相反，鈉離子是從負極脫出移動到正極表面再嵌入。

鈉元素與鋰元素位于同一主族，位置相近，具有相似的物理性質和化學性質。因此，隨著鋰離子電池商業化成熟高峰期到來，受限于鋰元素儲量所困，人們開始研究鈉離子電池。

鈉離子電池主要具有以下優點：①原料資源豐富，成本低廉，分布廣泛，鈉離子電池三元正極材料成本僅為鋰離子電池三元正極材料的一半。②鈉離子電池的半電池電勢較鋰離子電勢高0.3伏左右，因此能利用分解電勢更低的電解質溶劑及電解質鹽，電解質的選擇范圍更寬。③鈉離子電池有相對穩定的電化學性能，使用更加安全。④鈉離子電池能量密度大于100瓦·時/千克，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，而且其成本優勢明顯，在大規模儲能中可取代傳統鉛酸電池。

來源

各種天然水中普遍存在有Na+。Na+在天然水中最重要的特點是，不同條件下的含量差別十分懸殊。在大多數河水中含量在每升幾毫克至幾十毫克之間，但在鹵水中可達100g·L-1以上。含鹽量高的水中，Na+是占最優勢的陽離子，在海水中Na+的含量為10g kg-1左右（當海水鹽度為35‰左右時）約占全部陽離子量的81%。

天然咸水中，Na+與CI-之間有等摩爾關系，即CNa+≈CCI-。這種情況說明，天然咸水中Na+的存在是由于NaCI的溶解，當Na+或CI-有其他來源時，則上述摩爾關系不再適用。在淡水中，由于Na+來源于鋁硅酸鹽礦物的分解，故CNa+>CCI-。在鹵水中CNa+地殼的平均含量中，Na+的數量為2.64%。含鈉礦物由于易風化，Na+傾向于轉移至天然水中。

在極少數的情況下，如在某些石英巖地區，天然水中含有Na+的含量為每升幾毫克。

合成方法

由分子分離成離子的過程，稱為電離。體液中的絕大部分電解質均處于電離狀態，電離程度有的大，有的小。帶電的原子（或原子團）稱為離子。帶正電荷者叫陽離子，Na+就是陽離子。

NaCI→Na++CI-（強電解質）

應用

臨床上對鈉離子的測定非常重視，常用于待查、術前檢查、藥物影響、平衡紊亂的診斷和預后評估，尤其是急診檢驗。

測定方法

鈉離子的測定方法很多，決定性方法（definitive method）有原子吸收分光光度法（atomic absorption spectrophotometry，AAS）、同位素稀釋質譜法（isotope dilution-質量 spectrometry，ID-MS）、質量分析法和中子活化法等，而臨床常用測定方法有火焰原子發射光譜法（flame emissionspectrophotometry，FES）、離子選擇性電極電勢法（ionselectiveelectrode，ISE）、酶法等。最早的方法是四苯硼鈉法，現已被淘汰。決定性方法因測定條件要求高，所需儀器特殊，很難應用于臨床。火焰光度法在20世紀90年代前應用較廣，被推薦為參考方法（reference method），但因其不夠安全（需液化石油氣燃燒），影響因素多，近來正逐步被淘汰。離子選擇性電極電位法是目前應用最多的常規方法（路由 method），具有簡單、快速、安全、無污染、重復性好等優點。酶法是近年來新發展的極具應用前景的測定方法，具有可全自動分析、試劑商品化、測定可標準化、特異性好、干擾少等優點。

安全信息

包裝等級：III

海關代碼：2501002000

危險類別碼：R22

安全說明：26-36

臨床意義

1.血清鈉增高（>150mmol/L）：①腎上腺皮質功能亢進癥，如庫欣病、原發性高醛固酮癥。②嚴重高滲性脫水。③中樞性尿崩癥時尿量大增而供水不足。④心力衰竭時、肝硬化時常有鈉潴留發生。

2.血清鈉降低（<130mMol/L）：①胃腸道失鈉：可見于幽門梗阻，嘔吐，腹瀉，胃腸道、膽管手術后造瘺、引流等。②尿鈉排出增多：見于嚴重腎盂腎炎、腎小管嚴重損害、腎上腺皮質功能不全、糖尿病、應用利尿劑治療等。③皮膚失鈉：大量出汗時只補充水分而未補充鈉，大面積燒傷、創傷致體液和鈉從創口大量丟失等。④稀釋性失鈉：腎病綜合征的低蛋白血癥、肝硬化腹水、右心衰竭時有效血容量減低等引起抗利尿激素增多，血鈉被稀釋。

研究進展

2018年，德國耶拿大學的Philipp Adelhelm教授等首次利用原位電化學膨脹儀（ECD）和在線電化學質譜儀（OEMS）研究了Na+-二乙二醇二甲醚在石墨負極上的共嵌入現象。研究表明，盡管在充放電過程中石墨負極的厚度變化率高達70-100%，對應的鈉化和脫鈉反應卻具有極高的可逆性。這是因為負極的石墨顆粒在充放電過程中僅被剝離為片狀的石墨晶體（exfoliate）而沒有被徹底剝離為非晶化程度高的石墨碳（delaminate）。石墨負極的厚度變化率取決于其荷電狀態。當充電至0.6 V vs. Na+/Na的電壓平臺時，石墨礦負極的厚度隨比容量的變化速率最大。繼續充電至0.5 vs. Na+/Na以下，則石墨負極的厚度基本不變，此時負極反應更像是一個贗電容過程而不是法拉第未來過程。OEMS測試表明，電解質在負極表面的還原分解反應僅限于首次充放電循環。在此后長達45h的充放電熱力學循環中，均不能用OEMS觀測到電解質分解產生的氣體。用TEM也沒有觀察到石墨負極表面的SEI膜或SEI膜斷裂產生的碎片。這表明石墨負極表面沒有SEI膜，特殊的雙電層結構使石墨負極/電解液界面在動力學上異常穩定。該工作以“Graphite as Cointercalation Electrode for 鈉Ion?Batteries： Electrode Dynamics and the Missing 固體?電解質 Interphase （SEI）”為標題發表在Adv. 能量 Mater.上。

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