Actínidos, una serie de 15 elementos radiactivos, son vitales para la medicina, energía, y defensa nacional. Los científicos examinaron dos actínidos extremadamente raros, berkelio y californio. Estos elementos están en el extremo de lo que es posible sintetizar en cantidades de más de un átomo para el estudio químico. Estos elementos solo están disponibles en cantidades mínimas. Los científicos demostraron que los elementos pueden perder electrones para unirse como actínidos más ligeros. Específicamente, encontraron que el estado de oxidación +5 es mucho más estable de lo esperado, y similar a la estabilidad encontrada para actínidos más ligeros.

Debido a la dificultad de estudiar estos elementos radiactivos y raros, la mayoría de los cuales solo se han estudiado desde el Proyecto Manhattan, Hay mucho por aprender. Conocimientos fundamentales sobre lo más básico, aún desconocido, química de los actínidos, como saber mejor cómo dos actínidos más, berkelio y californio, formar enlaces en estados de oxidación elevados, podría beneficiar la limpieza ambiental en los sitios de producción nuclear. Ese conocimiento también podría ayudar a desarrollar nuevos combustibles nucleares y su reprocesamiento. Más lejos, este trabajo resuelve una incertidumbre de larga data sobre los actínidos.

Al formar enlaces con oxígeno o participar en reacciones que involucran la transferencia de átomos de oxígeno, los primeros elementos actínidos, protactinio a través del curio, puede alcanzar el estado de oxidación +5 cuando se une a dos átomos de oxígeno. Los científicos querían saber si este estado de oxidación es importante en la unión del berkelio y el californio (los siguientes dos actínidos de la serie después del plutonio, americio, y curio). El equipo sintetizó moléculas de berkelio y californio cargadas positivamente que contienen átomos de oxígeno dentro de un espectrómetro de masas.

Ellos crearon estas moléculas BkO ₂ ⁺ y CfO ₂ ⁺ , transfiriendo a los cationes de monóxido de actínidos un segundo átomo de oxígeno del gas común dióxido de nitrógeno. Los cálculos de la estructura electrónica de alto nivel del equipo mostraron que las moléculas producidas son lineales, una característica significativa de los iones de dióxido pentavalente cargados positivamente de los actínidos. Las energías de disociación para romper los enlaces actínido-oxígeno, que son al menos 73 kcal / mol, son sorprendentemente altos. Estas primeras especies de berkelio y californio pentavalentes revelan que el estado de oxidación +5 es posible más adelante en la serie de actínidos de lo que se reconocía anteriormente. que es clave para comprender la naturaleza esencial y la química de estos elementos.