Атом натрия имеет 11 протонов и 11 электронов. Ему необходимо потерять один электрон, чтобы заполнить свою внешнюю оболочку. Когда это происходит, он превращается в ион натрия с 11 протонами и 10 электронами. Дополнительный протон придает ему суммарный положительный заряд. Положительно заряженный ион называется катионом. Название происходит от греческого слова, означающего «спускающийся вниз», потому что катионы мигрируют к катоду при электролизе.

Катионы образуются, когда атомы теряют электроны. Металлы склонны образовывать катионы, потому что у них мало валентных электронов, и они теряют их легче, чем приобретают. Натрий образует Na+, магний — Mg2+, алюминий — Al3+. Заряд зависит от того, сколько электронов атом теряет, чтобы достичь стабильной конфигурации. Переходные металлы могут образовывать несколько катионов с разными зарядами, например, железо(II) и железо(III).

Многоатомные катионы — это группы атомов с суммарным положительным зарядом. Наиболее распространенный пример — аммоний (NH4+). Он образуется, когда аммиак принимает протон. Другие многоатомные катионы включают гидроксоний (H3O+) и ртуть(I) (Hg2^2+). В реакциях они ведут себя как единые единицы.

Катионы встречаются повсюду. Поваренная соль представляет собой катион натрия в паре с анионом хлора. Удобрения содержат катионы калия и кальция. Человеческий организм использует катионы кальция для сокращения мышц и передачи нервных сигналов, катионы натрия и калия — для нервных импульсов и поддержания водного баланса, а катионы железа — для переноса кислорода. Баланс катионов и анионов необходим для жизни.