Las sustancias ionizadas solubles están presentes en el agua en forma de iones, que son átomos o moléculas cargados eléctricamente. Los iones cargados positivamente se llaman cationes, y los iones cargados negativamente se llaman aniones. Debido a que el agua es globalmente neutral eléctricamente (de lo contrario, recibiría una descarga eléctrica cuando mete la mano en el agua), el número de cargas positivas es idéntico al número de cargas negativas. Los iones pueden tener una carga o más, siendo el rango más habitual de 1 a 3. Los iones pueden estar hechos de un solo átomo, o de varios átomos unidos permanentemente, como moléculas.
Ejemplos:
A catión atómico monovalente: el ion sódico Na+
A catión atómico divalente: el ion cálcico Ca++
A catión molecular monovalente: el ion amonio NH4+
A anión atómico monovalente: el ion cloruro Cl—
A anión molecular monovalente: el ion nitrato NO3—
A anión molecular divalente: el ion carbonato CO3=
A anión complejo divalente: el ion cromato CrO4=
Dureza
Entre las sustancias disueltas en agua, la dureza se encuentra muy comúnmente. Dureza es una palabra popular para representar principalmente calcio y magnesio disueltos en el agua; estos iones pueden precipitar bajo ciertas condiciones y formar la escala que puede haber visto en su sartén hirviendo, y que puede obstruir tuberías y calderas de agua dañadas. El «ablandamiento» del agua es el intercambio de los cationes de dureza (Ca++ y Mg++) por otro catión que no puede formar escala porque es mucho más soluble: el ion de sodio Na+.
Para suavizar el agua, se toma una resina de intercambio de cationes en la que el ion móvil dentro de las perlas es sodio (Na+) y se pasa el agua dura a través de una columna llena de resina de forma de sodio. Los iones de dureza Ca++ y Mg++ se mueven en las perlas de resina y cada uno de estos cationes divalentes es reemplazado por dos iones de sodio que salen de la resina.