grondtoestandO2

Grondtoestand O2 is de elektronische grondtoestand van het diatomische molecuul zuurstof. In molecuulorbitaltheorie heeft O2 de term X3Σg−, wat aangeeft dat de toestand triplet is en twee onverpaarde elektronen bevat in antibindende π 2p-orbitalen. Dit resulteert in een totale spin van S = 1 en een multiplicitiet van 3, terwijl het molecuul toch een dubbele binding behoudt (bondorder ongeveer 2). De dubbele binding komt voort uit de combinatie van een bindende σ- en twee π-bindingen, maar twee elektronen zitten in π antibindende orbitalen, wat de binding iets verzwakt.

Vanwege de twee onverpaarde elektronen is O2 paramagnetisch, wat een empirisch kenmerk is dat de grondtoestand onderscheidt van veel andere diatomische gassen. De grondtoestand is bij kamertemperatuur de meest stabiele toestand; de energiebarrières naar andere toestanden zijn aanzienlijk hoger dan thermische energieschalen, waardoor de X3Σg− toestand dominant blijft in normaal chemisch en atmosferisch werk.

Naast de grondtoestand bestaan er laaggelegen excittoestanden, waaronder singlet-oxygen-toestanden. De eerste niet-paramagnetische singlet-toestand, 1Δg, ligt ongeveer 0,98 eV boven de grondtoestand, gevolgd door de 1Σg+ toestand op wat hoger niveau. Deze singlet-oxygentoestanden zijn reactiever en spelen een belangrijke rol in fotochemische processen en in biomedische toepassingen zoals fotodynamische therapie.

In atmosferische chemie en biochemie bepaalt de aanwezigheid van O2 in zijn grondtoestand de reactiviteit met radicalen en andere afvalstoffen. O2 kan bij Fotosynthese en verbranding deelnemen aan diverse oxidatiereacties, terwijl singlet-oxygen-species specifieker en re activer zijn in oxidatieve stappen.