Atomska struktura oksida rijetkih zemalja

Atomska struktura rijetkih zemljanih elemenata može biti predstavljena sa 4fx5d16s2, gdje se x kreće od 0 do 14. Nakon što se rijetki zemljani elementi transformišu iz metala u jone, vanjska strana 4f orbitale još uvijek okružuje oblak elektrona 5s25p6, gubeći 6s2 elektrona i 5d1 ili 4f gubeći jedan elektron, formirajući elektronsku strukturu 4fx5s25p6. U rijetkim zemnim metalima, 6s elektroni i 5d elektroni formiraju pojaseve provodljivosti, dok su 4f elektroni lokalizirani unutar atoma. Lokalizacija i nepotpuno punjenje ovih 4f elektrona odrazit će se na njihova različita fizička svojstva.
4f elektroni se nalaze u unutrašnjim atomskim orbitalama, a oblak elektrona 5s25p6 ima zaštitni efekat na njih. Prostor za širenje 4f orbitala je vrlo mali, tako da na njih manje utiču kristalizaciono polje, polje liganda, itd; Naprotiv, interakcija između njegovog spina (MS) i orbitale (ML) je značajna, što rezultira spregom između ff elektronske orbitale L i spina S, uzrokujući da se E4f podijeli na mnogo podslojeva energetskih nivoa sa malim razlikama, svaki od čega odgovara spektralnom članu od 2s+1L.
Valencija rijetkih zemnih elemenata ima višestruka valentna stanja i postoji promjenjivi valentni efekat. Cerijum, samarijum, europijum i druga jedinjenja imaju atomske valencije 3, 4 ili koegzistenciju 2 i 3, a promene u ovim atomskim valencijama su ili izuzetno brze ili veoma spore, što je veoma privlačno. Joni rijetkih zemalja imaju visoke cijene električne energije, velike radijuse i podložni su polarizaciji. Što je jačina polarizacije veća, veći je indeks prelamanja. U keramičkim pigmentima, visoki indeks loma jona rijetkih zemalja koristi se da ukrasne slike budu svijetle i šarene. U poređenju sa običnim pigmentima za glazuru, pigmenti sa dodatkom retkozemnih elemenata imaju tamniju boju.
Rijetkozemni elementi od La do Lu skloni su gubitku {{0}}s elektrona, 1 5d elektrona ili 4f elektrona, formirajući trovalentne katjone (4fx5s25p6). Stoga je većina oksida rijetkih zemnih elemenata Ln2O3. Pored toga, 4f0, 4f7 i 4f14 (potpuno prazan, djelimično popunjen, potpuno popunjen) elektronski raspored elemenata lantanida je relativno stabilan, a joni sa ovim strukturnim tipom su općenito bezbojni.