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O?分子內(nèi)的化學鍵通常是共價鍵。

從實驗上來說，順磁共振光譜證明O有順磁性，還證明O有兩個未成對的電子。說明原來的以雙鍵結(jié)合的氧分子結(jié)構(gòu)式不符合實際。

氧氣的結(jié)構(gòu)如右圖所示，基態(tài)O?分子中并不存在雙鍵，氧分子里形成了兩個三電子鍵。

氧的分子軌道電子排布式是氧氣的結(jié)構(gòu)，在π軌道中有不成對的單電子，所以O?分子是所有雙原子氣體分子中唯一的一種具有偶數(shù)電子同時又顯示順磁性的物質(zhì)。

兩個氧原子進行sp軌道雜化，一個單電子填充進sp雜化軌道，成σ鍵，另一個單電子填充進p軌道，成π鍵。氧氣是奇電子分子，具有順磁性。

單線態(tài)氧和三線態(tài)氧

普通氧氣含有兩個未配對的電子，等同于一個雙游離基。兩個未配對電子的自旋狀態(tài)相同，自旋量子數(shù)之和S=1，2S+1=3，因而基態(tài)的氧分子自旋多重性為3，稱為三線態(tài)氧。

在受激發(fā)下，氧氣分子的兩個未配對電子發(fā)生配對，自旋量子數(shù)的代數(shù)和S=0，2S+1=1，稱為單線態(tài)氧。

空氣中的氧氣絕大多數(shù)為三線態(tài)氧。紫外線的照射及一些有機分子對氧氣的能量傳遞是形成單線態(tài)氧的主要原因。單線態(tài)氧的氧化能力高于三線態(tài)氧。

單線態(tài)氧的分子類似烯烴分子，因而可以和雙烯發(fā)生狄爾斯-阿爾德反應。