التركيب الذري لأكسيد الأرض النادرة

يمكن تمثيل التركيب الذري للعناصر الأرضية النادرة بـ 4fx5d16s2، حيث تتراوح x من 0 إلى 14. بعد تحول العناصر الأرضية النادرة من معادن إلى أيونات، لا يزال الجانب الخارجي للمدار 4f يحيط بالسحابة الإلكترونية لـ 5s25p6، فقدان 6s2 إلكترونات و5d1 أو 4f فقدان إلكترون واحد، مما يشكل بنية إلكترونية من 4fx5s25p6. في المعادن الأرضية النادرة، تشكل إلكترونات 6s وإلكترونات 5d نطاقات توصيل، بينما تتمركز إلكترونات 4f داخل الذرة. سوف ينعكس التوطين والتعبئة غير الكاملة لهذه الإلكترونات 4f في خصائصها الفيزيائية المختلفة.
توجد إلكترونات 4f في المدارات الذرية الداخلية، وللسحابة الإلكترونية 5s25p6 تأثير درع عليها. مساحة تمديد المدارات 4f صغيرة جدًا، لذا فهي أقل تأثرًا بمجال التبلور، ومجال الترابط، وما إلى ذلك؛ على العكس من ذلك، فإن التفاعل بين دورانه (MS) والمدار (ML) كبير، مما يؤدي إلى الاقتران بين مدار الإلكترون ff L و Spin S، مما يتسبب في انقسام E4f إلى طبقات فرعية عديدة من مستويات الطاقة مع اختلافات طفيفة، كل منها والذي يتوافق مع الحد الطيفي 2s+1L.
تكافؤ العناصر الأرضية النادرة له حالات تكافؤ متعددة وهناك تأثير تكافؤ متغير. السيريوم، السماريوم، اليوروبيوم، وغيرها من المركبات لها تكافؤ ذري 3، 4، أو تعايش 2 و 3، والتغيرات في هذه التكافؤ الذري إما سريعة للغاية أو بطيئة للغاية، وهو أمر ملفت للنظر للغاية. تتمتع الأيونات الأرضية النادرة بأسعار مرتفعة للكهرباء، وأنصاف أقطار كبيرة، كما أنها عرضة للاستقطاب. كلما زادت قوة الاستقطاب، كلما زاد معامل الانكسار. في أصباغ السيراميك، يتم استخدام معامل الانكسار العالي للأيونات الأرضية النادرة لجعل الصور الزخرفية مشرقة وملونة. بالمقارنة مع أصباغ التزجيج العادية، فإن الأصباغ التي تحتوي على عناصر أرضية نادرة مضافة لها لون أغمق.
العناصر الأرضية النادرة من La إلى Lu عرضة لفقد إلكترونات {{0}} s، أو 1 5 إلكترون d، أو إلكترون 4f، لتكوين كاتيونات ثلاثية التكافؤ (4fx5s25p6). ولذلك فإن معظم أكاسيد العناصر الأرضية النادرة هي Ln2O3. بالإضافة إلى ذلك، فإن ترتيبات الإلكترون 4f0 و4f7 و4f14 (فارغة تمامًا، ممتلئة جزئيًا، ممتلئة بالكامل) لعناصر اللانثانيدات تكون مستقرة نسبيًا، وتكون الأيونات بهذا النوع الهيكلي عديمة اللون بشكل عام.