Estructura atòmica de l'òxid de terres rares

L'estructura atòmica dels elements de terres rares es pot representar amb 4fx5d16s2, on x oscil·la entre 0 i 14. Després que els elements de terres rares es transformen de metalls a ions, el costat exterior de l'orbital 4f encara envolta el núvol d'electrons de 5s25p6, perdent 6s2 electrons i 5d1 o 4f perdent un electró, formant una estructura electrònica de 4fx5s25p6. En els metalls de terres rares, els electrons 6s i els electrons 5d formen bandes de conducció, mentre que els electrons 4f es localitzen dins de l'àtom. La localització i l'ompliment incomplet d'aquests electrons 4f es reflectiran en les seves diferents propietats físiques.
Els electrons 4f es troben als orbitals atòmics interiors i el núvol d'electrons 5s25p6 té un efecte de blindatge sobre ells. L'espai perquè els orbitals 4f s'estengui és molt petit, de manera que es veuen menys afectats pel camp de cristal·lització, camp de lligands, etc; Per contra, la interacció entre el seu espín (MS) i l'orbital (ML) és significativa, donant lloc a l'acoblament entre l'orbital d'electrons ff L i l'espin S, fent que E4f es divideixi en moltes subcapes de nivells d'energia amb lleugeres diferències, cadascuna. dels quals correspon a un terme espectral de 2s+1L.
La valència dels elements de terres rares té múltiples estats de valència i hi ha un efecte de valència variable. El ceri, el samari, l'europi i altres compostos tenen valències atòmiques de 3, 4 o coexistència de 2 i 3, i els canvis en aquestes valències atòmiques són extremadament ràpids o molt lents, cosa que crida molt l'atenció. Els ions de terres rares tenen preus d'electricitat elevats, radis grans i són susceptibles a la polarització. Com més gran sigui la força de polarització, més gran serà l'índex de refracció. En els pigments ceràmics, l'alt índex de refracció dels ions de terres rares s'utilitza per fer imatges decoratives brillants i acolorides. En comparació amb els pigments d'esmalt normals, els pigments amb elements de terres rares afegits tenen un color més fosc.
Els elements de terres rares de La a Lu són propensos a perdre electrons {{0}}, 1 5d electró o electró 4f, formant cations trivalents (4fx5s25p6). Per tant, la majoria dels òxids dels elements de terres rares són Ln2O3. A més, els arranjaments d'electrons 4f0, 4f7 i 4f14 (completament buit, parcialment ple, totalment ple) dels elements lantànids són relativament estables i els ions amb aquest tipus estructural són generalment incolors.