Actinides, une série de 15 éléments radioactifs, sont indispensables à la médecine, énergie, et la défense nationale. Les scientifiques ont examiné deux actinides extrêmement rares, le berkélium et le californium. Ces éléments sont à l'extrême limite de ce qu'il est possible de synthétiser en quantités supérieures à l'atome pour l'étude chimique. Ces éléments ne sont disponibles qu'en quantités infimes. Les scientifiques ont montré que les éléments peuvent perdre des électrons pour se lier comme des actinides plus légers. Spécifiquement, ils ont trouvé que l'état d'oxydation +5 est beaucoup plus stable que prévu, et similaire à la stabilité trouvée pour les actinides plus légers.

En raison de la difficulté d'étudier ces éléments radioactifs et rares, dont la plupart n'ont été étudiés que depuis le projet Manhattan, Il y a trop à apprendre. Connaissances fondamentales sur les plus élémentaires, encore inconnu, chimie des actinides, comme savoir mieux comment deux autres actinides, le berkélium et le californium, former des liaisons à des états d'oxydation élevés, pourrait bénéficier à la dépollution environnementale des sites de production nucléaire. Ces connaissances pourraient également aider au développement de nouveaux combustibles nucléaires et à leur retraitement. Plus loin, ce travail résout une incertitude de longue date sur les actinides.

Lors de la formation de liaisons avec l'oxygène ou de la participation à des réactions impliquant le transfert d'atomes d'oxygène, les premiers éléments actinides, protactinium par le curium, peut atteindre l'état d'oxydation +5 lorsqu'il est lié à deux atomes d'oxygène. Les scientifiques ont voulu savoir si cet état d'oxydation est important dans la liaison du berkelium et du californium (les deux actinides suivants de la série après le plutonium, américium, et curium). L'équipe a synthétisé des molécules de berkelium et de californium chargées positivement qui contiennent des atomes d'oxygène dans un spectromètre de masse.

Ils ont créé ces molécules, BkO 2 ⁺ et CfO 2 ⁺ , en transférant aux cations monoxyde d'actinide un second atome d'oxygène à partir du dioxyde d'azote gazeux commun. Les calculs de structure électronique de haut niveau de l'équipe ont montré que les molécules produites sont linéaires, une caractéristique importante des ions dioxyde pentavalents chargés positivement des actinides. Les énergies de dissociation pour rompre les liaisons actinide-oxygène, qui sont d'au moins 73 kcal/mol, sont étonnamment élevés. Ces premières espèces pentavalentes de berkelium et de californium révèlent que l'état d'oxydation +5 est possible plus loin dans la série des actinides qu'on ne le croyait auparavant, qui est la clé pour comprendre la nature essentielle et la chimie de ces éléments.