氧气的顺磁性

把液氧倒在强磁铁的两极之间，它会黏住，像一小摊蓝色的铁屑紧贴磁场。这很奇怪：氧不过是由两个相同原子组成的简单气体，磁铁本不该理会它。可 O2 确确实实有磁性，而精确解释其原因，正是分子轨道理论最著名的一场胜利。

用旧办法画 O2，你会得到一个整齐的双键 O=O，每个电子都成对地进入键或孤对。成对的电子彼此抵消那点微小磁性，所以那幅图预测 O2 应当无磁性。但事实并非如此。分子轨道理论讲的是另一个故事：填满较低的轨道之后，氧最后的两个价电子必须进入两条能量相同的 pi-star 反键轨道。依洪德规则，它们各占一条、自旋相同地分开——留下两个未配对电子。未配对电子像不会相消的小磁针，于是整个分子是顺磁的，被磁场吸引。

这远不只是课堂演示。坐在反键轨道里的这两个电子，也解释了为什么 O2 的键是双键（键级为二），比氮的三键弱。这种带未配对自旋的基态，称为三重态氧，也是为什么 O2 虽是强氧化剂、反应却出奇地迟缓——许多与普通成对电子分子的反应是自旋禁阻的，这部分解释了为何我们和身边的木头不会在空气中直接着火。一张正确读出的图，同时解释了磁铁戏法、键的强度与反应动力学。