Atomová struktura oxidu vzácných zemin

Atomová struktura prvků vzácných zemin může být reprezentována 4fx5d16s2, kde x se pohybuje od 0 do 14. Poté, co se prvky vzácných zemin přemění z kovů na ionty, vnější strana orbitalu 4f stále obklopuje elektronový mrak 5s25p6, ztrátou 6s2 elektronů a 5d1 nebo 4f ztrátou jednoho elektronu, čímž vznikne elektronická struktura 4fx5s25p6. V kovech vzácných zemin tvoří 6s elektrony a 5d elektrony vodivé pásy, zatímco 4f elektrony jsou lokalizovány v atomu. Lokalizace a neúplné zaplnění těchto 4f elektronů se projeví v jejich různých fyzikálních vlastnostech.
Elektrony 4f jsou umístěny ve vnitřních atomových orbitalech a elektronový mrak 5s25p6 na ně má stínící účinek. Prostor pro rozšíření orbitalů 4f je velmi malý, takže jsou méně ovlivněny krystalizačním polem, polem ligandů atd.; Naopak, interakce mezi jeho spinem (MS) a orbitalem (ML) je významná, což vede ke spojení mezi ff elektronovým orbitalem L a spinem S, což způsobuje, že E4f se rozdělí do mnoha dílčích vrstev energetických hladin s nepatrnými rozdíly, z nichž každá z toho odpovídá spektrálnímu členu 2s+1L.
Valence prvků vzácných zemin má více valenčních stavů a ​​existuje proměnlivý valenční efekt. Cer, samarium, europium a další sloučeniny mají atomové valence 3, 4 nebo koexistenci 2 a 3 a změny těchto atomových valenci jsou buď extrémně rychlé, nebo velmi pomalé, což je velmi poutavé. Ionty vzácných zemin mají vysoké ceny elektřiny, velké poloměry a jsou náchylné k polarizaci. Čím vyšší je polarizační síla, tím větší je index lomu. V keramických pigmentech se vysoký index lomu iontů vzácných zemin využívá k tomu, aby dekorativní obrazy byly jasné a barevné. Ve srovnání s běžnými lazurovacími pigmenty mají pigmenty s přidanými prvky vzácných zemin tmavší barvu.
Prvky vzácných zemin od La po Lu jsou náchylné ke ztrátě {{0}}s elektronů, 1 5d elektronů nebo 4f elektronů, čímž vznikají trojmocné kationty (4fx5s25p6). Proto je většina oxidů prvků vzácných zemin Ln2O3. Kromě toho jsou uspořádání elektronů lanthanoidových prvků 4fo, 4f7 a 4f14 (zcela prázdné, částečně naplněné, plně naplněné) relativně stabilní a ionty s tímto strukturním typem jsou obecně bezbarvé.