Estrutura atômica do óxido de terras raras

A estrutura atômica dos elementos de terras raras pode ser representada por 4fx5d16s2, onde x varia de 0 a 14. Depois que os elementos de terras raras se transformam de metais em íons, o lado externo do orbital 4f ainda envolve a nuvem de elétrons de 5s25p6, perdendo 6s2 elétrons e 5d1 ou 4f perdendo um elétron, formando uma estrutura eletrônica de 4fx5s25p6. Em metais de terras raras, os elétrons 6s e os elétrons 5d formam bandas de condução, enquanto os elétrons 4f estão localizados dentro do átomo. A localização e o preenchimento incompleto desses elétrons 4f serão refletidos em suas diversas propriedades físicas.
Os elétrons 4f estão localizados nos orbitais atômicos internos, e a nuvem de elétrons 5s25p6 tem um efeito de proteção sobre eles. O espaço para a extensão dos orbitais 4f é muito pequeno, portanto eles são menos afetados pelo campo de cristalização, campo ligante, etc; Pelo contrário, a interação entre seu spin (MS) e orbital (ML) é significativa, resultando no acoplamento entre o orbital L do elétron ff e o spin S, fazendo com que E4f se divida em muitas subcamadas de níveis de energia com pequenas diferenças, cada uma dos quais corresponde a um termo espectral de 2s+1L.
A valência dos elementos de terras raras tem múltiplos estados de valência e há um efeito de valência variável. Cério, samário, európio e outros compostos têm valências atômicas de 3, 4 ou coexistência de 2 e 3, e as mudanças nessas valências atômicas são extremamente rápidas ou muito lentas, o que chama a atenção. Os íons de terras raras têm altos preços de eletricidade, raios grandes e são suscetíveis à polarização. Quanto maior a força de polarização, maior será o índice de refração. Nos pigmentos cerâmicos, o alto índice de refração dos íons de terras raras é utilizado para tornar as imagens decorativas brilhantes e coloridas. Em comparação com os pigmentos de esmalte comuns, os pigmentos com elementos de terras raras adicionados têm uma cor mais escura.
Elementos de terras raras de La a Lu são propensos a perder elétrons {{0}}s, 1 5elétron d ou elétron 4f, formando cátions trivalentes (4fx5s25p6). Portanto, a maioria dos óxidos de elementos de terras raras são Ln2O3. Além disso, os arranjos eletrônicos 4f0, 4f7 e 4f14 (totalmente vazio, parcialmente preenchido, totalmente preenchido) dos elementos lantanídeos são relativamente estáveis, e os íons com este tipo estrutural são geralmente incolores.