大学化学で学ぶ分子軌道理論では、酸素分子（O₂）やそのイオン（O₂⁻、O₂²⁻）の電子配置を正しく理解することが重要です。酸素イオンの場合も、酸素原子を2つ並べて分子軌道を考えますが、電子数が変化するため軌道への配置が異なります。
酸素分子（O₂）の基本的な分子軌道配置
酸素原子2つで構成されるO₂分子の場合、分子軌道は次の順に電子が入ります：σ(1s), σ*(1s), σ(2s), σ*(2s), σ(2pz), π(2px)=π(2py), π*(2px)=π*(2py), σ*(2pz)。酸素分子は16個の電子を持ち、π*(2px)とπ*(2py)に各1個ずつ電子が入ります。
酸素分子イオン（O₂⁻, O₂²⁻）の場合
酸素イオンの場合、O₂⁻は17個の電子を持つため、最後の電子はπ*軌道に追加されます。O₂²⁻では18個の電子が入り、π*軌道は完全に埋まります。このため、酸素イオンの電子配置は中性酸素分子と同じ軌道順序で考えますが、電子数に応じて末端の軌道に電子を追加する点がポイントです。
分子軌道図の描き方
酸素イオンの分子軌道図を描く際は、酸素原子を左右に配置して中央に分子軌道を描きます。σ軌道、π軌道、反結合性σ*、π*軌道の順に電子を入れ、酸素イオンの電荷に応じて電子を追加します。O₂⁻ではπ*に1個、O₂²⁻ではπ*が2個ずつ入る形になります。
まとめ
酸素イオンの分子軌道電子配置は、中性酸素分子と同じ軌道順序を使い、電子数の違いに応じてπ*軌道に追加するだけです。フッ素分子のように隣にフッ素原子を置く必要はなく、酸素原子2つを用いて分子軌道を考えます。電子数の調整が酸素イオンの配置を決める重要なポイントです。
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