Il paramagnetismo è
una proprietà di quei materiali che presentano un momento magnetico
intrinseco, quali appunto l’ossigeno. Se esaminiamo la struttura
elettronica secondo il modello MO (molecular orbital) vediamo che i
momento magnetico netto della molecola  è dovuto alla presenza nella
molecola biatomica di due elettroni non accoppiati posti sul livello
energetico più elevato chiamato orbitale di antilegame
p*.
Secondo la regola enunciata da W.PAULI (Principio di Esclusione di Pauli)
due elettroni non possono occupare lo stesso stato energetico all’interno
degli orbitali elettronici.

Tuttavia gli elettroni possiedono una
proprietà chiamata spin elettronico che consente loro di possedere
una differente orientazione nello spazio quantico  e di poter stare sullo
stesso livello energetico; lo sin può essere +1/2 oppure –1/2. Inoltre,
prima di occupare completamente un orbitale, si distribuiscono  sugli
orbitali che possiedono lo stesso livello energetico tutti con lo stesso
valore di spin (si dice spin paralleli), e poi completano gli orbitali
rimanenti posizionandosi con spin antiparallelo a quello
dell’elettrone già presente (principio dell’AUFBAU, termine tedesco che
significa ”riempimento”). La configurazione a spin paralleli durante il
riempimento è una configurazione più stabile che non quella a spin
antiparalleli.

Se due elettroni si
trovano a riempire lo stesso orbitale (atomico o molecolare) si
disporranno a spin antiparalleli (+1/2, –1/2); questa configurazione
produce un momento magnetico totale nullo ed il materiale si dice
diamagnetico.Elettroni non accoppiati entro un orbitale forniscono
alla specie atomica un momento magnetico totale non nullo, proporzionale
al numero di elettroni non accoppiati che si trovino ad avere spin
paralleli.

La molecola
biatomica dell’ossigeno ha due orbitali di antilegame
p*;
procedendo al riempimento degli
orbitali partendo dal livello più basso
s2s,
otteniamo che gli ultimi due elettroni si posizionano sugli ultimi 2
orbitali di antilegame
p*, ma
essendoci due orbitali alla stessa energia i due elettroni si posizionano
a spin paralleli occupando parzialmente entrambi i due orbitali. Questo
fornisce  un momento magnetico netto non nullo alla molecola di ossigeno.

 

Configurazione elettronica dell’ossigeno binario

 

*in kcal/mol – 1 kcal =
4.1840 kJ

Si veda il diagramma MO
qui sotto riportato facendo riferimento alla spiegazione fornita sopra.

 
Diagramma MO per O₂ ossigeno
molecolare.

 

Si sono sfruttate
queste proprietà paramagnetiche dell’ossigeno per produrre degli
analizzatori di ossigeno gassoso compatti.