氧原子的电子层结构是：1s22s22p4，氧分子是由两个氧原子构成的。根据价键理论，最初认为氧分子是两个氧原子以双键结合的，它的结构式可这样表示：这样的结构式符合八隅体的稳定结构的原则，所以得到当时科学界的承认。到了二十世纪四十年代，顺磁共振光谱发现了，并且证实顺磁共振光谱是由分子或离子中存在着未成对电子而引起的。顺磁共振光谱的实验证明氧分子有顺磁性，还证明氧分子里有两个未成对的电子。这个实验说明原来的以双键结合的氧分子结构式不符合实际。价键理论对这个事实怎样解释呢？它承认未成对电子的存在，认为氧分子里形成了两个三电子键，氧分子的结构式要这样表示：结构式中…代表三电子键。两个氧原子间怎样会形成三电子键呢？根据保里原理，一个轨道只能容纳两个自旋相反的电子，所以三电子键是由在两个轨道的三个电子形成的。形成一个三电子键放出的能量大约只有由一个电子对形成的单键放出的能量的一半，所以三电子键不稳定。三电子键只有在两个相同的原子间或电负性相差极小的原子间才可能形成。价键理论对于怎样形成三电子键还没有很明确的说明。价键理论局限于把形成化学键的电子只处于相连的两个原子区域内。后来，着眼于分子整体来研究分子结构的分子轨道法发展起来，应用于对氧分子结构的解释。分子轨道法认为形成化学键的电子应在遍布整个分子的区域内运动。氧分子由两个氧原子构成。每个氧原子有8个电子，两个氧原子就有16个电子。这16个电子中，4个电子处于K层，12个电子处于L层。形成分子轨道的主要是L层的电子。
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