Atomstruktur av sjeldne jordartsmetalloksider

Atomstrukturen til sjeldne jordartselementer kan representeres av 4fx5d16s2, der x varierer fra 0 til 14. Etter at sjeldne jordartselementer forvandles fra metaller til ioner, omgir den ytre siden av 4f-orbitalen fortsatt elektronskyen til 5s25p6, mister 6s2 elektroner og 5d1 eller 4f mister ett elektron, og danner en elektronisk struktur på 4fx5s25p6. I sjeldne jordmetaller danner 6s-elektroner og 5d-elektroner ledningsbånd, mens 4f-elektroner er lokalisert i atomet. Lokaliseringen og ufullstendig fylling av disse 4f-elektronene vil gjenspeiles i deres forskjellige fysiske egenskaper.
4f-elektronene befinner seg i de indre atomorbitalene, og 5s25p6-elektronskyen har en skjermende effekt på dem. Plassen for 4f-orbitalene å utvide er veldig liten, så de blir mindre påvirket av krystalliseringsfeltet, ligandfeltet, etc; Tvert imot er interaksjonen mellom dens spinn (MS) og orbital (ML) betydelig, noe som resulterer i koblingen mellom ff elektronorbitalen L og spinn S, noe som får E4f til å dele seg i mange underlag av energinivåer med små forskjeller, hver hvorav tilsvarer et spektralledd på 2s+1L.
Valensen til sjeldne jordartselementer har flere valenstilstander og det er en variabel valenseffekt. Cerium, samarium, europium og andre forbindelser har atomvalenser på 3, 4 eller sameksistens av 2 og 3, og endringene i disse atomvalensene er enten ekstremt raske eller veldig sakte, noe som er veldig iøynefallende. Sjeldne jordarters ioner har høye strømpriser, store radier og er utsatt for polarisering. Jo høyere polarisasjonsstyrke, jo større brytningsindeks. I keramiske pigmenter brukes den høye brytningsindeksen til sjeldne jordarter for å gjøre dekorative bilder lyse og fargerike. Sammenlignet med vanlige glasurpigmenter har pigmenter tilsatt sjeldne jordartselementer en mørkere farge.
Sjeldne jordartselementer fra La til Lu er tilbøyelige til å miste {{0}}s elektroner, 1 5d elektron eller 4f elektron, og danner trivalente kationer (4fx5s25p6). Derfor er de fleste oksidene av sjeldne jordartselementer Ln2O3. I tillegg er 4f0, 4f7 og 4f14 (helt tomme, delvis fylt, helt fylt) elektronarrangementene av lantanidelementer relativt stabile, og ioner med denne strukturelle typen er generelt fargeløse.