O2分子的组态是(1s)2 (1s*)2 (2s)2 (2s*)2 (2pz)2 (2px)2 (2py)2 (2px*)1 (2py*)1.键级是1/2*(2+2+2-1-1)=2.
2px和2py两个简并的反键轨道都只填充了一个电子,在进一步填充1个或者2个电子就分别形成超氧根离子和过氧根离子.它们的组态分别是
(1s)2 (1s*)2 (2s)2 (2s*)2 (2pz)2 (2px)2 (2py)2 (2px*)2 (2py*)1 (也可以是(2px*)1 (2py*)2)
和(1s)2 (1s*)2 (2s)2 (2s*)2 (2pz)2 (2px)2 (2py)2 (2px*)2 (2py*)2.
键级分别是1.5和1.这与填充一个电子到反键轨道削弱0.5单位的键级相符,也与它们的实际的键长相符：O2分子的键长为121pm,为典型双键；超氧根离子O-O键键长为128pm,介于单双键之间；过氧根离子O-O键键长为149pm,为典型单键.
键级越大键长越短,也就是键越强而越稳定,因此超氧根离子更稳定.