Такое несоответствие строения аниона и проявляющихся им химических свойств долгое время оставалось загадкой для ученых.

Исследователям из Северо-западной Тихоокеанской Лаборатории и Национальной Лаборатории Аргонны смогли раскрыть этот секрет. Благодаря значительному стерическому объему йодат-иона и существенному отрицательному заряд, локализованному на атомах кислорода, центральный атом йода в анионе приобретает катионный характер благодаря тому, что на нем накапливается значительный положительный заряд. Эта катионная область в анионе вступает в заряд-зарядовые взаимодействия с несущими отрицательный заряд атомами кислорода воды, чем и обеспечивается гидратация йодата и, следовательно – растворимость йодатов в воде.

Впервые исследователи смогли определить причины высокой растворимости йодатов (соединений, содержащих кислотный остаток IO3–) в воде. Это происходит из-за того, что положительный заряд на атоме йода в анионе позволяет аниону связаться с тремя молекулами воды, которые обеспечивают вхождение гидратированного иона в клетку растворителя. (Рисунок из The Journal of Physical Chemistry Letters 2, 2650)

Независимо от того, идет ли разработка нового типа катализатора или нового способа синтеза лекарственного препарата, исследователям необходимо знать природу взаимодействия ионов с водой, что необходимо для управления процессов, протекающих с участием этих ионов. Результаты нового исследования позволяют найти ответ на фундаментальный вопрос о гидратации стерически объемных полиоксоанионов в водной среде.

Обычные теоретические представления о поведении объемных анионов в воде позволяют предположить, что эти ионы, как, например, йодат (IO3–) должны нарушать упорядоченную структуру воды. Например, объемный йодид-анион I– способствует образованию полостей в воде, слабо гидратируется и благодаря этому, как правило, «выдавливается» из объема раствора к его поверхности. Тем не менее, результаты исследований показывают, что в водном растворе, йодат-анион, несмотря на еще больший объем, сохраняет устойчивую и прочную гидратную оболочку.

Исследователи смогли решить эту загадку, скомбинировав результаты квантово-химического моделирования и экспериментального изучения поведения йодата в растворе. Результаты расчетов показали, что в йодате на центральном атоме йода локализован положительный заряд.