Эта новая парадигма понимания может продемонстрировать, как дополнительно оптимизировать взаимодействие между тяжелыми элементами, такими как америций, кюрий, берклий и калифорний, и другими элементами, чтобы улучшить отделение и переработку отработанного топлива ядерных реакторов.
Вопрос о том, как внешние оболочки или валентные орбитали актинидных элементов (которые являются частью категории тяжелых элементов) участвуют в связывании, обсуждался на протяжении десятилетий. Недавние экспериментальные и вычислительные исследования продемонстрировали участие наиболее удаленных орбиталей — 7p, 7s, 6d и / или 5f — в связывании ранних актинидов, таких как уран. Однако структурные и спектроскопические данные, а также теория указывают на уменьшение ковалентной связи, при которой электроны распределяются между двумя элементами на их внешних валентных орбиталях в ряду актинидов.
Считается, что эти поздние актиниды, такие как калифорний, обладают высокоионными, подобными лантаноидами связями, где силы притяжения между актинидами и окружающими их ионами представляют собой чисто электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами. Чтобы определить химические различия между калифорнием и лантаноидами, исследователи «обернули» калифорний в невероятно богатую электронами среду, используя полиборат лиганда, который обладает высокой поляризацией и может существенно перестраиваться при образовании комплекса.
Электроны от лигандов передаются валентным орбиталям калифорния, но неожиданно исследователи продемонстрировали, что все 5f, 6d, 7s и 7p орбитали участвуют в связывании и что присутствуют большие эффекты поля лигандов. Синтетические, структурные и спектральные данные дополнены квантово-механическими расчетами.
Данные предполагают, что химия калифорния необычна и может быть связующим звеном между переходными металлами, такими как медь и платина, и элементами лантанидов и актинидов.