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Ladungen spielen in der Chemie eine große Rolle. Denn sie ermöglichen Wechselwirkungen und Bindungen, die für das Ausbilden komplexere Moleküle unerlässlich sind. Demzufolge kommen den Ladungsträgern, den Ionen, in der Chemie eine besondere Bedeutung zu. Wusstest du zum Beispiel, dass deine roten Blutkörperchen nur deshalb Sauerstoff in deinem Körper transportieren können, weil sie ein Eisenkation haben? Denn aufgrund der positiven Ladung des Eisenkations kann das Sauerstoffmolekül erst daran binden und vom Eisenkation an den Zielort im Körper gebracht werden. Doch was genau Kationen sind, wie sie entstehen und welche Eigenschaften sie haben, erfährst du in diesem Artikel.
Ein Kation ist ein Atom, das weniger Elektronen als Protonen hat. Für die Ladung eines Ions generell gilt:
Ladung = Anzahl Protonen - Anzahl Elektronen
Entsprechend hat ein Kation immer eine positive Ladung.
Ein Atom setzt sich aus einem Atomkern und einer Atomhülle zusammen. Der Atomkern ist positiv geladen, weil er Protonen, also positiv geladene Teilchen, enthält, während die Atomhülle Elektronen, also negativ geladene Teilchen, enthält. Ein Atom ist ein Kation, wenn es weniger Elektronen als Protonen hat, d.h. wenn es einen sogenannten Elektronenmangel hat. Dadurch erhält das Kation eine positive Ladung. Man gibt die Ladung als hochgestellte Zahl an, z.B. Fe3+, was bedeutet, dass das Eisenkation dreifach positiv geladen ist. Man spricht auch von einem dreiwertigen Kation bzw. generell von einem n-wertigen Kation bei einer n-fach positiven Ladung.
Bei einem Elektronenmangel hat ein Atom weniger Elektronen als Protonen.
Die positive Ladung hat zur Konsequenz, dass sich Kation und negativ geladene Teilchen, wie Elektronen oder ein Anion (Atom mit: Anzahl Elektronen > Anzahl Protonen), gegenseitig anziehen. Das ist ähnlich zu Magneten, bei denen sich Plus- und Minuspol gegenseitig anziehen. Genauso stoßen sich Kation und andere positiv geladene Teilchen gegenseitig ab, so wie sich Plus- und Pluspol bei einem Magneten abstoßen. Die Stärke dieses Zuges oder dieser Abstoßung hängt davon ab, wie hoch die Ladung beider wechselwirkender Teilchen, und damit auch des Kations, ist. Merke dir, dass es ohne Ladung keine solche Wechselwirkung mit anderen geladenen Teilchen gibt.
Doch wie entstehen nun Kationen? Dazu muss ein Element (Atom mit: Anzahl Elektronen = Anzahl Protonen) oder ein Anion genug Elektronen abgeben, also oxidiert werden, indem es welche auf andere Atome überträgt. Ein Atom muss also an einer Redoxreaktion teilnehmen, bei der Elektronen zwischen Atomen übertragen werden. Ob es zwischen zwei Atomen zu einer Redoxreaktion kommt und welches Atom Elektronen abgibt, hängt von einigen externen Bedingungen, wie die Temperatur, und vom Standardelektrodenpotential ab. Das Standardelektrodenpotential ist ein experimentell ermittelter Spannungswert in der Einheit Volt, der angibt wie willig das Atom ist Elektronen abzugeben. Je negativer das Elektrodenpotential, desto höher das Bestreben eines Atoms in Gegenwart eines anderen Atoms Elektronen abzugeben. Das heißt, dass ein Atom mit sehr niedrigem Standardelektrodenpotential relativ einfach zum Kation wird, weil es dann umso mehr mögliche Partner mit höherem Standardelektrodenpotential hat, an die es Elektronen abgeben kann.
Kationen entstehen durch Elektronenabgabe bzw. Oxidation von Atomen. Ein Atom ist umso gewillter Elektronen abzugeben, je negativer sein Standardelektrodenpotential ist.
Bei der Redoxreaktion vom Element Natrium (Na) mit dem Element Chlor (Cl2) gemäß der obigen Reaktionsgleichung gibt jeweils ein Natriumatom ein Elektron ab. Natrium wird also oxidiert. Dadurch, dass Natrium oxidiert wird, hat es nach der Reaktion weniger Elektronen als Protonen und liegt somit als Kation (Na+) vor. Man weiß, dass Natrium in Reaktion mit Chlor Elektronen abgeben wird, weil das Standardelektrodenpotential von Natrium -0.76 V ist, während das Standardelektrodenpotential von Chlor positiver ist mit 1.36 V. Wie der Name Standardelektrodenpotential jedoch schon verrät, gilt dieser Spannungswert bzw. dieses Elektrodenpotential aber nur unter den chemischen Standardbedingungen, also bei einer Temperatur von 298.15 K, einem Druck von 1,013 bar und, bei gelösten Stoffen, einer Konzentration von 1 
. Wie sich das Elektrodenpotential unter anderen Bedingungen ändert, kannst du mit der Nernst-Gleichung berechnen, über die du mehr im entsprechenden Artikel erfährst.
Grundsätzlich kann man Kationen in einfache und in zusammengesetzte Kationen unterteilen. Einfache Kationen bestehen aus nur einem Atom, während zusammengesetzte Kationen aus mehreren Atomen bestehen. Im Folgenden sind einige Beispiele zu einfachen und zusammengesetzten Kationen unterschiedlicher Wertigkeit in einer Tabelle aufgeführt:
| Wertigkeit des Kations | einfache Kationen | zusammengesetzte Kationen |
| einwertig (monovalent) | K+, Na+, Li+, H+ | NH4+, H3O+ |
| zweiwertig (bivalent) | Mg2+, Ca2+, Ba2+ | |
| dreiwertig (trivalent) | Al3+ | |
| vierwertig (tetravalent) | Pb4+ |
Eine für die Elektrochemie wichtige Gruppe von einfachen Kationen sind die Metallkationen, zu denen Kationen der Elemente der ersten, zweiten und dritten Hauptgruppe, sowie einige Elemente aus den Nebengruppenelementen gehören. Im Folgenden sind einige Metalle mit ihrem Elementsymbol angegeben.
Elemente der ersten Hauptgruppe: Natrium (Na), Kalium (K), Lithium (Li)
Elemente der zweiten Hauptgruppe: Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca)
Elemente der dritten Hauptgruppe: Gallium (Ga), Aluminium (Al), Indium (In)
Elemente der Nebengruppen: Eisen (Fe), Silber (Ag), Gold (Ag), Kupfer (Cu)
Bei den Hauptgruppen verrät die Zahl der Hauptgruppe welche Ladung bzw. Wertigkeit die Kationen haben, die aus den jeweiligen Elementen der Hauptgruppe entstehen. Nebengruppenelemente hingegen können verschiedenwertige Kationen haben. Eisen hat zum Beispiel für seine Kationen die am häufigsten vorkommenden Wertigkeiten von 2+ und 3+.
Für Kationen der Elemente der Hauptgruppen gilt: Zahl der Hauptgruppe = Wertigkeit des Kations
Die Kationen aller Elemente der ersten Hauptgruppe haben die Wertigkeit eins:
Die Kationen der Elemente der zweiten Hauptgruppe haben die Wertigkeit zwei:
Metalle können durch die Elektronenaufnahme von Metallkationen gewonnen werden.
Bei einer Elektrolyse wird eine Elektronenübertragung von Chloridanionen auf zweiwertige Kupferkationen erzwungen. Um aus zweiwertigen Kupferkationen elementaren Kupfer zu gewinnen, müssen pro Kupferkation zwei Elektronen aufgenommen werden. Entsprechend ergeben sich folgende Elektronenabgabe (Oxidation) und Elektronenaufnahme bei der Kupfergewinnung durch Elektrolyse:
Merke dir, dass es sich erst beim elementaren Kupfer (Cu) um das feste Metall handelt. Kationen generell liegen bei der Elektrolyse als nicht mit dem bloßen Auge erkennbaren Teilchen in Lösungen vor und können somit nicht dieselben technischen Anforderungen erfüllen, wie die dazugehörigen, festen Metallelemente.
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