Oxy
Đặc điểm > Cấu trúc

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, oxy là chất khí không màu, không mùi, không vị, có công thức phân tử O
2, được gọi là dioxygen.
Là dioxygen, hai nguyên tử oxy liên kết hóa học với nhau. Liên kết có thể được mô tả khác nhau dựa trên mức độ lý thuyết, nhưng được mô tả một cách hợp lý và đơn giản là một liên kết đôi cộng hóa trị là kết quả của việc lấp đầy các orbital phân tử được hình thành từ các orbital nguyên tử của các nguyên tử oxy riêng lẻ, việc lấp đầy chúng dẫn đến liên kết thứ tự của hai. Cụ thể hơn, liên kết đôi là kết quả của sự lấp đầy liên tục, năng lượng từ thấp đến cao, hay Aufbau, lấp đầy các orbital, và kết quả là sự hủy bỏ các đóng góp từ các electron 2s, sau khi lấp đầy liên tiếp các orbital σ và σ* thấp; Sự xen phủ σ của hai orbital nguyên tử 2p nằm dọc theo trục phân tử OO và sự xen phủ π của hai cặp orbital nguyên tử 2p vuông góc với trục phân tử OO, và sau đó loại bỏ sự đóng góp của hai trong số sáu electron 2p còn lại sau khi chúng lấp đầy một phần của các orbital π và π * thấp nhất.
Sự kết hợp của hủy và σ và chồng chéo kết quả π trong nhân vật dioxy của đôi trái phiếu và độ phản ứng, và một bộ ba điện tử trạng thái cơ bản. Cấu hình electron có hai electron chưa ghép đôi, như được tìm thấy trong các orbital dioxygen (xem các orbital π * được điền đầy trong sơ đồ) có năng lượng bằng nhau - tức là suy biến - là cấu hình được gọi là trạng thái bộ ba spin. Do đó, trạng thái cơ bản của O
2 phân tử được gọi là oxy bộ ba.  Các orbital có năng lượng cao nhất, được lấp đầy một phần là phản liên kết, và do đó sự lấp đầy của chúng làm suy yếu thứ tự liên kết từ ba thành hai. Do các điện tử chưa ghép đôi của nó, oxy bộ ba chỉ phản ứng chậm với hầu hết các phân tử hữu cơ có spin điện tử đã ghép đôi; điều này ngăn cản quá trình đốt cháy tự phát.
Ở dạng bộ ba, O
2 phân tử đều thuận từ. Có nghĩa là, chúng truyền đặc tính từ cho oxy khi nó có mặt từ trường, do mômen từ spin của các electron chưa ghép đôi trong phân tử và năng lượng trao đổi âm giữa các phân tử O
2 lân cận. Oxy lỏng có từ tính đến mức, trong các cuộc thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, một cầu nối oxy lỏng có thể chống lại trọng lượng của chính nó giữa các cực của một nam châm mạnh.
Oxy đơn là tên được đặt cho một số loại phân tử O
2 có năng lượng cao hơn O
2 trong đó tất cả các spin điện tử đều được ghép đôi. Nó phản ứng nhiều hơn với các phân tử hữu cơ thông thường hơn là oxy phân tử. Trong tự nhiên, oxy đơn thường được hình thành từ nước trong quá trình quang hợp, sử dụng năng lượng của ánh sáng mặt trời. Nó cũng được tạo ra trong tầng đối lưu bằng quá trình quang phân ozon bằng ánh sáng có bước sóng ngắn  và bởi hệ thống miễn dịch như một nguồn oxy hoạt tính. Carotenoid trong các sinh vật quang hợp (và có thể cả động vật) đóng một vai trò chính trong việc hấp thụ năng lượng từ oxy đơn và chuyển nó về trạng thái cơ bản chưa được kích thích trước khi nó có thể gây hại cho các tế bào.
Oxy mức 3 (không phải ozon, O
3) mà là trạng thái năng lượng cơ bản của phân tử O
2. Cấu hình electron của phân tử này có 2 electron không tạo cặp mà tách ra riêng lẻ chiếm 2 orbital phân tử suy biến. Các orbital này được xếp vào nhóm phản liên kết (làm suy giảm bậc liên kết từ 3 xuống còn 2), vì vậy liên kết oxy 2 nguyên tử yếu hơn liên kết 3 của 2 nguyên tử nitơ, theo đó tất cả các orbital nguyên tử liên kết đều được lấp đầy còn các orbital phản liên kết thì không đầy.