Estructura atómica del óxido de tierras raras.

La estructura atómica de los elementos de tierras raras se puede representar por 4fx5d16s2, donde x varía de 0 a 14. Después de que los elementos de tierras raras se transforman de metales a iones, el lado exterior del orbital 4f todavía rodea la nube de electrones de 5s25p6, perdiendo 6s2 electrones y 5d1 o 4f perdiendo un electrón, formando una estructura electrónica de 4fx5s25p6. En los metales de tierras raras, los electrones 6s y los electrones 5d forman bandas de conducción, mientras que los electrones 4f están localizados dentro del átomo. La localización y el llenado incompleto de estos electrones 4f se reflejarán en sus diversas propiedades físicas.
Los electrones 4f se encuentran en los orbitales atómicos internos y la nube de electrones 5s25p6 tiene un efecto de protección sobre ellos. El espacio para que se extiendan los orbitales 4f es muy pequeño, por lo que se ven menos afectados por el campo de cristalización, campo de ligando, etc; Por el contrario, la interacción entre su espín (MS) y su orbital (ML) es significativa, lo que resulta en el acoplamiento entre el orbital L del electrón ff y el espín S, lo que provoca que E4f se divida en muchas subcapas de niveles de energía con ligeras diferencias, cada una de ellas. del cual corresponde a un término espectral de 2s+1L.
La valencia de los elementos de tierras raras tiene múltiples estados de valencia y existe un efecto de valencia variable. El cerio, el samario, el europio y otros compuestos tienen valencias atómicas de 3, 4 o coexistencia de 2 y 3, y los cambios en estas valencias atómicas son extremadamente rápidos o muy lentos, lo cual es muy llamativo. Los iones de tierras raras tienen altos precios de electricidad, grandes radios y son susceptibles a la polarización. Cuanto mayor sea la fuerza de polarización, mayor será el índice de refracción. En los pigmentos cerámicos, el alto índice de refracción de los iones de tierras raras se utiliza para crear imágenes decorativas brillantes y coloridas. En comparación con los pigmentos de esmalte ordinarios, los pigmentos a los que se les añaden elementos de tierras raras tienen un color más oscuro.
Los elementos de tierras raras de La a Lu son propensos a perder electrones {{0}}s, electrones 1 5d o electrones 4f, formando cationes trivalentes (4fx5s25p6). Por tanto, la mayoría de los óxidos de las tierras raras son Ln2O3. Además, las disposiciones electrónicas 4f0, 4f7 y 4f14 (completamente vacías, parcialmente llenas y completamente llenas) de los elementos lantánidos son relativamente estables y los iones con este tipo estructural generalmente son incoloros.