Теоретически возможность реализации Ф-химической связи (типа перекрывания электронных облаков, в которых участвует все шесть «лепестков» f-орбитали) была предсказана относительно давно, однако до настоящего времени такой тип перекрывания так и не удалось наблюдать экспериментально.

Исследователи из США приводят экспериментальное свидетельство в пользу того, что такое необычное перекрывание реализуется с участием f-орбитали тория в сендвичевом комплексе тория – тороцене.

Главным образом, связывание, которое реализуется в молекулах актиноидах можно представить как суперпозицию двух типов химических связей – незначительного вклада ковалентного взаимодействия и подавляющей роли ион-ионных взаимодействий. Однако для некоторых случаев высказывается предположение, что именно Ф-перекрывание в ряде случаев может объяснять некоторые особенности реакционной способности и свойств производных актиноидов.

Изменения шести фаз орбиталей относительно внутриядерной оси уникальны для ковалентных взаимодействий.

Теория ковалентных взаимодействий является фундаментальной концепцией, описывающей то, как происходит перераспределение электронной плотности между элементами, образующими химическую связь. Для d-элементов вакантные 3d-, 4d- и 5d-орбитали находятся на достаточном удалении от ядра и могут взаимодействовать с содержащими электроны орбиталями лигандов, образуя ковалентные связи. Напротив, форма 4f-орбиталей и геометрия лантаноидов такова, что их взаимодействие с лигандами практически не приводит к каким-то далеко идущим последствиям. Актиноиды, а точнее их 5f-орбиталей расположены между этих «крайностей» и поэтому до сих пор в научном сообществе не утихают споры на тему – какие орбитали этих элементов в большей степени вовлечены в образование химических связей – f- или d-орбитали.

Как отмечает принимавший участие в работе Стош Козимор (Stosh Kozimor), до настоящего времени для получения количественной информации о типах ковалентного связывания, реализующегося в производных актиноидов с различными степенями окисления и с различным лигандным окружением. Он добавляет, что исследование, проведенное его коллегами, было построено с применением последних достижений в области анализа и позволило изучить природу связи актиноид-углерод с помощью особого типа рентгеновской спектроскопии (C K-edge x-ray absorption spectroscopy) и теоретического подхода, основанного на применении модели функционала плотности.

Козимор поясняет, что Ф-перекрывание орбиталей может проявляться только для f-элементов –s-, p- и d-орбитали не характеризуются набором трех узловых точек. Такая узловая характеристика f-орбиталей позволяет им участвовать в образовании весьма необычных связей. Исследователи не только нашли экспериментальное подтверждение существования Ф-связей, но и показали, как ковалентный характер связи металл-лиганд зависит от типа актиноида.

Стив Литтл (Steve Liddle), специалист по химии актиноидов из Университета Ноттингема отмечает, что работа красива и элегантна. Он добавляет, что последние годы были ознаменованы рядом успехов в области теории химической связи, характерной для актиноидов, однако не всегда исследователям удавалось объединить в одной работе теоретические и экспериментальные подходы к изучению природы связи.

В планах исследователей переход от относительно простых по строению актиноценов к менее устойчивым соединениям и более сложным типам связи актиноид-лиганд. Как отмечает еще один специалист по комплексным соединениям актиноидов, Полли Арнольд (Polly Arnold), высокий профессионализм Козимора и его коллег дает повод предполагать, что и для других связанных с актиноидами лигандов будут обнаружены примеры Φ-связей.