氧氣的順磁性

把液氧倒在強磁鐵的兩極之間，它會黏住，像一小攤藍色的鐵屑緊貼磁場。這很奇怪：氧不過是由兩個相同原子組成的簡單氣體，磁鐵本不該理會它。可 O2 確確實實有磁性，而精確解釋其原因，正是分子軌域理論最著名的一場勝利。

用舊辦法畫 O2，你會得到一個整齊的雙鍵 O=O，每個電子都成對地進入鍵或孤對。成對的電子彼此抵消那點微小磁性，所以那幅圖預測 O2 應當無磁性。但事實並非如此。分子軌域理論講的是另一個故事：填滿較低的軌域之後，氧最後的兩個價電子必須進入兩條能量相同的 pi-star 反鍵軌域。依洪德規則，它們各佔一條、自旋相同地分開——留下兩個未配對電子。未配對電子像不會相消的小磁針，於是整個分子是順磁的，被磁場吸引。

這遠不只是課堂演示。坐在反鍵軌域裡的這兩個電子，也解釋了為什麼 O2 的鍵是雙鍵（鍵級為二），比氮的三鍵弱。這種帶未配對自旋的基態，稱為三重態氧，也是為什麼 O2 雖是強氧化劑、反應卻出奇地遲緩——許多與普通成對電子分子的反應是自旋禁阻的，這部分解釋了為何我們和身邊的木頭不會在空氣中直接著火。一張正確讀出的圖，同時解釋了磁鐵戲法、鍵的強度與反應動力學。