在周期表ⅢB族的第57号元素镧的位置上，还另有14个元素，即从58号铈到71号镥，同镧一起通称为镧系元素。

    在镧系元素中，第61号钷是人工合成元素，具有放射性。周期表第ⅢB族中的钪和钇与镧系元素在性质上非常相似，并在矿物中共生，因此在化学上常把钪、钇和镧系元素通称为稀土元素，用RE表示。
    稀土金属是典型的金属，一般具有银白而带灰色的光泽，较软，有延展性。它们的标准电极电势都很小，如φ^θ（Y³⁺／Y）＝－2．37V，φ^θ（La³⁺／La）＝－2．52V，φ^θ（Lu³⁺／Lu）＝－2．30V，与φ^θ（Mg²⁺／Mg）＝－2．375V相近，因此稀有金属具有很强的还原性，能从水中或稀酸中置换出氢。但在水中因生成的氢氧化物难溶于水，阻碍反应进行，致使反应进行得非常缓慢。稀土金属的标准电极电势彼此相差不大，但从镧到镥总的变化趋势是逐渐升高，因此镧系金属的还原性随原子系数的增加而不断减弱。
    稀土金属在空气中很容易氧化，由于生成的氧化膜不致密，氧化将继续下去，所所以一般将稀土金属保存在煤油中，使之与空气隔绝。部分稀土金属的着火温度较低（约200℃），且与氧化合时放出的热量较大，当它们在粗糙的表面摩擦时，其细末就会自燃，因此常用来制造打火机的火石和军用的引火合金。镧系金属及其合金具有吸收大量气体的能力，用用于电子工业中的吸气材料。在加热时，稀土金属能与氮、硫、碳、卤素等直接化合生成相应的氮化物、硫化物、碳化物、卤化物。
    表5－8给出了镧系元素的电子构型和性质。

表5－8  镧系元素的电子构型和性质

    如表5－8所示，镧系元素原子在最外层和次外层上电子的数目一般相同，仅外数第三层电子数不同，但能级相近，所以镧系元素的化学性质十分相似。如它们的离子化合物的溶解度、氢氧化物的酸碱性、电极电势、配位化合物的稳定性等彼此都很相近。
    镧系元素原子的第一、第二、第三电离能的总和是较低的，因而主要表现ⅢB族元素特征的氧化数，即一般形成氧化数为＋3的化合物，但有些却出现了＋4或＋2价态的化合物。非特征氧化态与它们的电子组态稳定性有关。La³⁺（4f⁰），Gd³⁺（4f⁷）和Lu³⁺（4f¹⁴）已处于稳定结构，获得得＋2和＋4氧化态是相当困难的；Ce³⁺（4f¹）和Tb³⁺（4f⁸）失去一个电子即达稳定结构，因而出现＋4氧化态；Eu³⁺（4f⁶）和Yb³⁺（4f¹³）接受一个电子即达稳定结构，因而易出现＋2氧化态。不过这些氧化态的化合物在水溶液中不如＋3价态的稳定。
    镧系元素的原子半径和离子半径彼此相差不大，但从镧到镥总的变化趋势是逐渐减小的。镧系元素的原子半径或离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩。产生镧系收缩的原因是随原子序数增大，电子填入4f层，f电子云较分散，对对5d和6s电子屏蔽不完全。随着原子序数的增大，有效核电荷数增大，对外层电子吸引力增大，使电子云更靠近核，造成了半径逐渐减小而产生了所谓的“镧系收缩效应”。从表5－8中可以看出，在总的收缩趋势中，Eu和Yb的原子半径出现反常，原子半径比较大。这是因为Eu和Yb分别具有半充满（4f⁷）和全充满（4f¹⁴）电子层结构，这一相对稳定结构对核电荷的屏蔽增强，它们的原子半径便明显增大。
    由于镧系元素三价离子的外围电子很有规律，由La至Lu其离子结构为f⁰至f¹⁴，因此离子径会出现“单向变化”。镧系元素三价离子半径的变化中，在Gd处出现了微小的可以察觉的不连续性，原因是Gd³⁺离子具有半充满的4f⁷电子结构，屏蔽能力略有增加，有效核电荷略有减小，所以，Gd³⁺离子半径的减小要略微小些，这称作“钆断效应”。正是由于镧系离子的电子结构，凡是与Ln³⁺离子密切联系的性质，也常呈现单向变化的规律。而且，在镧系元素化合物的有些性质中，也常常会出现“钆断效应”，即所谓的“两分组现象”。镧系原子4f电子受核束缚，只有5d和6s电子才能成为自由电子，RE（g）有3个电子（5d¹6s²）参与形成金属键，而Eu（g）和Yb（g）只有2个电子（6s²）参与，自然金属键弱些，显得半径大些。有人也把这称作“双峰效应”。
    镧系收缩是无机化学中的一个重要现象，它使第二、第三过渡系的同族两个元素的原子半径非常接近。例如Zr和Hf，Nb和Ta，Mo和W等的原子和离子半径都很接近，这就决定了它们彼此在性质上也很相似，这都是镧系收缩引起的。Y³⁺的半径为90pm恰好在Dy³⁺与Ho³⁺之间，这说明为什么钇常常和镧系元素在自然界中共生，成为稀土成员的原因所在。
    不少镧系元素的＋3价态水合离子有颜色，可以简单地认为离子的颜色与4f亚层中的电子跃迁有关。若离子中不存在未成对的f电子的，如La³⁺（f⁰），Lu³⁺（f¹⁴），离子是无色的，因为不可能发生f－f跃迁。此外4f电子数为1、6、7、8、13的离子也是无色或近于无色的，这可认为是由于全空或接近全空、半充满或接近半充满的4f电子亚层层比较稳定，这些f电子难以被可见光激发所致。值得注意的是，自La³⁺到Cd³⁺的颜色变化情况与自Gd³⁺到Lu³⁺有类似之处。
    由于稀土元素性质十分相似，从它们共生的矿物中提取和分离单一稀土元素就十分困难，因此工业上常用的是混合稀土金属。这种未经分离的混合稀土金属，也称作“混合稀土”。
    稀土及其化合物在治金、化学工业、光学玻璃、陶瓷、发光材料、永磁材料及原子能材料方面得到广泛的应用。在钢液中加入混合稀土能降低钢中的氧、硫等有害杂质的含量；在铸铁中加人稀土即可使石墨球化，制成石墨铸铁；在石油裂化反应中加入少量（1％～5％）稀土，可使分子筛催化剂的效率增加3倍，同时催化剂的寿命也得到提高；CeO₂是精密光学玻璃的抛光剂；含La₂O₃的光学玻璃有高的折射率，把成千上万根像头发丝般的这种玻璃纤维制成任意弯曲的透光玻璃棒，在医疗上用作直接探视人肠胃的内窥镜；在陶瓷制品中，掺入稀土可使制品光彩明亮，鲜艳柔和；钇和销的氧化物可用作发光材料，特别是Eu₂O₃在彩色电视中用作红色荧光体，光亮度强，色彩鲜艳，性能稳定；SmCo₅是广泛使用的永磁材料；Sm、Eu、Cd、Dy、Er等都有高的中子俘获面积，可用作反应堆控制棒材料，而Ce和Y的的中子俘获面积很小，可用作核燃料的稀释剂。