Un atomo è un costituente fondamentale della materia che consiste in un nucleo (nucleo) con carica positiva circondato da una nuvola di elettroni con carica negativa. Per definizione, gli atomi sono entità neutre perché la carica positiva del nucleo è annullata dalla carica negativa della nuvola di elettroni. Tuttavia, il guadagno o la perdita di un elettrone può portare alla formazione di uno ione, noto anche come atomo carico.
Un elemento è un esempio di un atomo con un numero fisso di protoni positivi all'interno del nucleo. Ad esempio, il sodio è un elemento con 11 protoni all'interno del nucleo e 11 elettroni. Un altro esempio di elemento è il carbonio, che ha sei protoni all'interno del nucleo e sei elettroni. In entrambi i casi, questi elementi hanno una carica neutra. Un atomo si carica quando il numero di protoni non è uguale al numero di elettroni. Ad esempio, se un elemento ha sei protoni ma solo cinque elettroni, la carica netta dell'elemento è +1. Al contrario, se un elemento ha sei protoni ma sette elettroni, la carica netta dell'elemento è -1. In realtà, tutti gli elementi sono neutri nel loro stato naturale, ed è il guadagno o la perdita di elettroni che ne determina la carica.
Gli elettroni che circondano gli atomi possono risiedere solo in gusci ben definiti. Ogni guscio può contenere solo un numero fisso di elettroni e gli atomi sono più stabili quando questi gusci sono pieni. È possibile prevedere quale carica guadagnerà un atomo osservando come gli elettroni si siedono attorno all'atomo. Il primo guscio di un atomo può contenere solo due elettroni, il secondo guscio può contenere otto elettroni e il terzo guscio può contenere 16 elettroni. Se un guscio è pieno meno della metà, è più facile che un atomo perda elettroni per diventare più stabile. In questo caso, l'atomo diventa uno ione positivo. In alternativa, se un guscio è pieno più della metà, è più facile per un atomo acquisire elettroni per diventare più stabile. Questo porta a uno ione negativo.
Il sodio ha 11 elettroni che orbitano attorno al nucleo. I primi due gusci all'interno del sodio sono pieni e solo un elettrone occupa il terzo guscio. Pertanto, è più facile che il sodio perda un elettrone e diventi positivo.