我们来深入探讨从氧原子（O）的电子排布到形成氧分子（O₂）的过程中，如何产生两个未配对电子。本质是上下面这张图，我们接下来详细讲解
1. 氧原子的电子排布
氧原子 (O) 的原子序数: 8
电子排布: 1s² 2s² 2p⁴
价电子: 氧原子的价电子层是 2s² 2p⁴，其中 2p 轨道有 4 个电子。
洪特规则: 根据洪特规则，在简并轨道（如 2p 轨道）中，电子会优先单独占据每个轨道，且自旋方向相同，然后再成对占据。因此，氧原子的 2p 轨道中，有 2 个电子成对，2 个电子单独占据不同的 2p 轨道，且自旋方向相同。
2. 氧分子的分子轨道理论-后续有补充知识
为了理解氧分子中电子的排布，我们需要使用分子轨道理论。分子轨道理论认为，当原子结合形成分子时，原子轨道会线性组合形成分子轨道。
原子轨道组合: 两个氧原子的 2s 和 2p 原子轨道会组合形成 σ 和 π 分子轨道，如上图。2s 轨道组合形成 σ2s 和 σ*2s 分子轨道（成键和反键轨道）。
2p 轨道组合形成 σ2p、π2p、π2p 和 σ2p 分子轨道，详细见上图。
分子轨道能级顺序: 分子轨道的能级顺序大致如下（能量由低到高）： σ2s < σ2s < σ2p < π2p < π2p < σ*2p （注意：对于 O₂，σ2p 和 π2p 的顺序可能因具体情况而异，但 π2p 通常略低于 σ2p）
电子填充: 将氧分子的 12 个价电子（每个氧原子 6 个）按照能量由低到高的顺序填充到分子轨道中。σ2s 轨道填充 2 个电子。
σ*2s 轨道填充 2 个电子。
σ2p 轨道填充 2 个电子。
π2p 轨道填充 4 个电子。
π*2p 轨道填充 2 个电子。
3. 氧分子的电子排布和顺磁性
氧分子的电子排布: (σ2s)² (σ2s)² (σ2p)² (π2p)⁴ (π2p)²
关键：π*2p 轨道: 氧分子中，最关键的是 π2p 反键轨道。这个轨道是简并的，即有两个能量相同的 π2p 轨道。
洪特规则的应用: 根据洪特规则，当电子填充简并轨道时，会优先单独占据每个轨道，且自旋方向相同。因此，π2p 轨道中的 2 个电子会分别占据两个 π2p 轨道，且自旋方向相同，形成两个未配对电子。
顺磁性: 这两个未配对电子的存在使得氧分子具有顺磁性。
4. 总结
氧原子: 氧原子有 2 个未配对电子，但它们是原子轨道上的电子。
氧分子: 氧分子形成时，原子轨道组合成分子轨道。在氧分子中，π2p 反键轨道上的 2 个电子分别占据两个简并的 π2p 轨道，且自旋方向相同，形成 2 个未配对电子，从而使氧分子具有顺磁性。
分子轨道理论的关键: 分子轨道理论解释了氧分子中未配对电子的来源，以及为什么氧分子是顺磁性的。
5. 形象的理解
可以把氧分子想象成一个“双电子房间”，这个房间有两个床位（两个 π*2p 轨道）。当两个电子进入这个房间时，它们会选择各自睡一张床，而不是挤在一张床上，并且它们的自旋方向相同。这两个“单身”的电子就是氧分子顺磁性的来源。
6. 为什么氧分子不是反磁性的？
如果 π2p 轨道中的 2 个电子成对占据一个 π2p 轨道，那么氧分子将是反磁性的。但洪特规则决定了电子会优先单独占据简并轨道，从而使氧分子具有顺磁性。
补充知识
1.原子轨道、分子轨道
2.氧气中不可忽略的空轨道 σ*2p 轨道
- 关键轨道:
- HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital):
最高占据分子轨道是 π*2p 轨道，其中有两个未配对电子。 - LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital):
最低未占据分子轨道是 σ*2p 轨道。
氧气分子的空轨道（主要是 σ*2p 轨道）在以下方面发挥着重要作用：
接受电子： 氧气作为氧化剂，其空轨道是接受电子的关键。
光化学反应： 空轨道参与光激发过程，产生高活性的单线态氧。
配位化学： 空轨道参与与金属离子的配位，活化氧气。
催化反应： 空轨道参与催化反应，促进氧气分子的活化。
电子转移： 空轨道参与生物呼吸和电化学反应中的电子转移。
感兴趣的读者可以自己在结合自己的课题进行深度思考，在此不赘述
从本质上看，竞争就是模仿，与他人竞争。
是因为你跟别人在做一样的事情。
但，每个人都是独一无二的
释放自己的独一无二，或许可曲径通幽……
科研圈尤为如此
