Ein Ion ist ein Atom oder Molekül mit mehr oder weniger Elektronen als üblich, wodurch es eine positive oder negative elektrische Ladung erhält. Da ein Ion neutral werden will, indem es zusätzliche Elektronen aufnimmt oder verliert, weist es interessante chemische Eigenschaften auf. Ionen liegen normalerweise in Form von Lösungen vor. Es gibt drei Arten – Anionen, die negativ geladen sind, Kationen, die positiv geladen sind, und Radikale oder Radikalionen, die aufgrund ihrer großen Menge an freien Elektronen hochreaktiv sind.
Eine Ionenlösung entsteht typischerweise, wenn bestimmte Moleküle wie Salz in Wasser gelöst werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen des gelösten Stoffes und des Lösungsmittels dissoziieren schwach gebundene Moleküle, wie Salz, in zwei oder mehr Ionen. Wenn Salz in Wasser gegeben wird, zerfällt es in Natrium- und Chloridionen, die beide für den Menschen lebensnotwendig sind. Wenn einer Person zu lange Salz vorenthalten wird, wird sie irgendwann sterben. Andere lebenswichtige Ionen (so genannte Elektrolyte) sind Kalium (K+), Calcium (Ca2+), Magnesium (Mg2+), Hydrogenphosphat (HPO42−) und Hydrogencarbonat (HCO3−).
Andere Ionenlösungen neben gelösten Salzen sind Säuren und Basen. Salzsäure entsteht beispielsweise beim Auflösen von Chlorwasserstoff in Wasser. Der Chlorwasserstoff zerfällt in zwei Ionen, H+ und Cl–. Das H+ reagiert mit Wasser zu H3O+, Hydroniumion, während das Chlor als Chloridion verbleibt. Da der Ionisationsprozess abgeschlossen ist, wird Salzsäure als starke Säure bezeichnet. Die Stärke von Säuren wird daran gemessen, wie viele H+-Ionen sie haben – viele Salzsäure, daher ist sie sehr sauer. Tatsächlich kann sich Salzsäure durch Glas und alle Metalle außer Iridium auflösen, obwohl ihre Korrosionsgeschwindigkeit langsam ist.
Eine andere Kategorie von Ionenlösungen sind Basen. Anstatt durch die Konzentration von Wasserstoffionen gemessen zu werden, wird eine Base durch ihre Konzentration von Hydroxidionen (OH-) gemessen. Ein Beispiel für eine Base ist Kaliumhydroxid, die chemische Vorstufe der meisten Weich- und Flüssigseifen. In Wasser gelöst erzeugt Kaliumhydroxid eine starke Alkalilösung. Ein Alkali ist eine Art von Base. Kaliumhydroxid hat eine Reihe interessanter chemischer Eigenschaften – eine davon ist seine hygroskopische (wasseranziehende) Natur, die es zu einem starken Trockenmittel macht. Wenn es mit Wasser reagiert, ist die Reaktion exotherm, was bedeutet, dass es erhebliche Wärme erzeugt.
Die letzte Hauptgruppe von Ionen sind Radikalionen oder nur Radikale. Beispiele für Radikale sind Superoxid (O2-), mit dem das Immunsystem eindringende Mikroorganismen abtötet, und Stickstoffmonoxid, das der Körper als wichtiges Signalmolekül nutzt. Radikale sind wie Säuren und Basen hochreaktiv und finden in der Chemie eine Reihe von Anwendungen. Ein unglücklicher Aspekt von Radikalen ist, dass Spuren im Körper dazu neigen, im Laufe der Zeit Gewebe abzubauen, was zum Altern beiträgt.