Actinides, uma série de 15 elementos radioativos, são vitais para a medicina, energia, e defesa nacional. Os cientistas examinaram dois actinídeos extremamente raros, berquélio e califórnio. Esses elementos estão no limite do que é possível sintetizar em quantidades maiores do que átomos para estudo químico. Esses elementos estão disponíveis apenas em quantidades mínimas. Os cientistas mostraram que os elementos podem perder elétrons para se ligar como actinídeos mais leves. Especificamente, eles descobriram que o estado de oxidação +5 é muito mais estável do que o esperado, e semelhante à estabilidade encontrada para actinídeos mais leves.

Devido à dificuldade em estudar esses elementos radioativos e raros, a maioria dos quais só foram estudados desde o Projeto Manhattan, Há muito o que aprender. Conhecimento fundamental sobre o mais básico, ainda desconhecido, química dos actinídeos, como saber melhor como mais dois actinídeos, berquélio e califórnio, formam ligações em estados de alta oxidação, poderia beneficiar a limpeza ambiental em locais de produção nuclear. Esse conhecimento também pode ajudar no desenvolvimento de novos combustíveis nucleares e seu reprocessamento. Avançar, este trabalho resolve uma incerteza de longa data sobre os actinídeos.

Ao formar ligações com o oxigênio ou participar de reações envolvendo a transferência de átomos de oxigênio, os primeiros elementos actinídeos, protactínio por meio de cúrio, pode atingir o estado de oxidação +5 quando ligado a dois átomos de oxigênio. Os cientistas queriam saber se este estado de oxidação é importante na ligação de berquélio e califórnio (os próximos dois actinídeos na série após o plutônio, americium, e cúrio). A equipe sintetizou moléculas de berquélio e califórnio com carga positiva que contêm átomos de oxigênio em um espectrômetro de massa.

Eles criaram essas moléculas, BkO ₂ ⁺ e CfO ₂ ⁺ , transferindo para os cátions de monóxido de actinídeo um segundo átomo de oxigênio do gás comum dióxido de nitrogênio. Os cálculos de estrutura eletrônica de alto nível da equipe mostraram que as moléculas produzidas são lineares, uma característica significativa de íons dióxido pentavalente carregados positivamente dos actinídeos. As energias de dissociação para quebrar as ligações actinídeo-oxigênio, que são pelo menos 73 kcal / mol, são surpreendentemente altos. Estas primeiras espécies pentavalentes de berquélio e califórnio revelam que o estado de oxidação +5 é possível mais adiante na série de actinídeos do que anteriormente reconhecido, que é a chave para compreender a natureza essencial e química desses elementos.