Атомна структура на редкоземен оксид

Атомната структура на редкоземните елементи може да бъде представена чрез 4fx5d16s2, където x варира от 0 до 14. След като редкоземните елементи се трансформират от метали в йони, външната страна на 4f орбитала все още обгражда електронния облак на 5s25p6, губят 6s2 електрона и 5d1 или 4f губят един електрон, образувайки електронна структура от 4fx5s25p6. В редкоземните метали 6s електроните и 5d електроните образуват проводими ленти, докато 4f електроните са локализирани в атома. Локализацията и непълното запълване на тези 4f електрони ще бъдат отразени в техните различни физически свойства.
4f електроните са разположени във вътрешните атомни орбитали, а електронният облак 5s25p6 има екраниращ ефект върху тях. Пространството за разширяване на 4f орбиталите е много малко, така че те са по-малко засегнати от кристализационното поле, лигандното поле и т.н.; Напротив, взаимодействието между неговия спин (MS) и орбитала (ML) е значително, което води до свързване между ff електронната орбитала L и спин S, което кара E4f да се раздели на много подслоеве на енергийни нива с леки разлики, всяко от които съответства на спектрален член от 2s+1L.
Валентността на редкоземните елементи има множество валентни състояния и има ефект на променлива валентност. Церий, самарий, европий и други съединения имат атомни валенции 3, 4 или съвместно съществуване на 2 и 3 и промените в тези атомни валенции са или изключително бързи, или много бавни, което е много привличащо вниманието. Редкоземните йони имат високи цени на електроенергията, големи радиуси и са податливи на поляризация. Колкото по-висока е поляризационната сила, толкова по-голям е индексът на пречупване. В керамичните пигменти високият индекс на пречупване на редкоземните йони се използва, за да направят декоративните изображения ярки и цветни. В сравнение с обикновените пигменти за глазура, пигментите с добавени редкоземни елементи имат по-тъмен цвят.
Редкоземните елементи от La до Lu са склонни да губят {{0}}s електрони, 1 5d електрон или 4f електрон, образувайки тривалентни катиони (4fx5s25p6). Следователно повечето от оксидите на редкоземните елементи са Ln2O3. В допълнение, електронните подредби 4f0, 4f7 и 4f14 (напълно празни, частично запълнени, напълно запълнени) на лантанидни елементи са относително стабилни и йоните с този структурен тип обикновено са безцветни.