酸素と酸化チタン
１．酸素原子の不対電子
酸素原子（O）には、電子が、８ケ存在する：酸素原子は、K殻の１S軌道に２ケ、L殻の２s軌道に２ケ、２ｐ軌道に４ケ、電子を有している。
Ｌ殻の６ケの電子の内、４ケの電子は、結合性の２つの軌道（2s軌道と、1つの2p軌道）に、スピンが対（1/2、－1/2）になって存在している。
しかし、2p軌道に存在する、残りの２ケの電子は、同じスピンの向き（1/2）のため、不対電子になって、反結合性の２つの軌道に入っている。
不対電子は、他の分子や原子から、電子を奪って、対になろうとするので、他の分子や原子を、酸化させる（注１）。
２．一重項酸素、三重項酸素、スーパーオキシド
原子や分子の全ての電子軌道に存在する、全ての電子のスピン角運動量の合計が、０の場合は「一重項状態」、１の場合は「三重項状態」と呼ばれる。
酸素分子には、三重項状態（基底状態）と、２つの一重項状態が、存在する。
三重項酸素（基底状態酸素）、一重項酸素、スーパーオキシドの電子配置と、エネルギー準位を、下図に示す。
三重項酸素（3O2）：三重項酸素は、基底状態の酸素（基底状態酸素：3Σg-）。三重項酸素では、反結合性の２つの軌道（πχ＊、πｙ＊）に、同じ方向のスピン（↑：１/２のスピン）の電子が、１ケずつ、入っている（不対電子）。
一重項酸素：一重項酸素には、3Σg+と、1⊿gとの、２つの一重項状態が、存在する。三重項酸素（基底状態の酸素分子）が、光などのエネルギーを吸収し、励起状態になり（電子遷移）、反結合性の軌道（πｙ＊）の不対電子１ケ（１/２のスピン）が、スピンの向きを変える（－１/２のスピンになる：スピン反転）と、3Σg+の一重項酸素になる。
3Σg+の一重項酸素のは、溶液中の寿命は、極めて短く、直ちに、反結合性の軌道（πｙ＊）の不対電子（－１/２のスピン）が、別の軌道（πχ＊）に入る。そして、別の軌道（πχ＊）に存在した、異なるスピン（１/２のスピン）の不対電子と、対になって、互いのスピンを打ち消すような状態の、1⊿gの一重項酸素になる。通常の反応に関与するのは、1⊿gの一重項酸素で、三重項酸素（基底状態の酸素分子）より、９４．１KJ/mol、エネルギー準位が、高い。一重項酸素は、活性酸素の１種。
スーパーオキシド（・O2-）：三重項酸素（基底状態の酸素分子）は、容易に電子を受け取り、反結合性のπ＊2ｐ軌道（πχ＊）の片側に、既に存在する電子のスピン（１/２のスピン）と、反対のスピン（－１/２のスピン）を持つ電子が、１ケ入り、対を形成すると、スーパーオキシド（ス－パーオキシドラジカルアニオン）になる。スーパーオキシドも、活性酸素の１種。
３．酸化チタン
酸化チタン（TiO2）は、光が当ると、強い酸化力を示し、周囲の物質から、電子を、引き抜く（標準酸化還元電位は、３．０V）。
酸化チタン（TiO2）は、電子が、チタン（Ti）から、酸素（O）に移動して、Ti4+（O2-)2と、イオン性の強い構造になる。
電子配置は、
TiO2 Ti：3d2 4s2
O：2p4
Ti4+（O2-)2 Ti4+：3d0 4s0
O2-：2p6
Ti4+（O2-)2は、価電子帯（Oの2p軌道からなる）と、伝導帯（Tiの3d軌道からなる）に別れている。バンドギャップエネルギーに相当する、380nmより、短い光（紫外線）が当ると、価電子帯（O）の電子が、励起して、伝導帯（Ti）に上がる：電子は、エネルギー準位の低い、酸素（O）の軌道にいるが、光のエネルギーを吸収して、励起し、チタン（Ti）の軌道に、移る。殻になった酸素の軌道は、外から、電子を奪おうとするので、周囲の物質（有機物など）は、電子を引き抜かれて、酸化される。
価電子帯では、水（H2O）が、加水分解され、酸素（O2）が、生成する（酸化反応）。伝導帯では、水素イオン（H+：プロトン）に、電子が移行し、水素（H2）が、生成する（還元反応）。また、価電子帯では、水酸化イオン（HO-）やヒドロキシルラジカル（HO・）が、伝導帯では、スーパーオキシド（・O2-）が、生成されるという。
このような性質から、酸化チタンは、光触媒として、利用されている。
なお、水（H2O）は、１２５nm（10eV）の光で、加水分解され得る。
また、塩素（Cl2）の酸化還元電位は、１．３６V。
注１：酸素分子（O2）では、２ケの酸素原子に存在した、計４ケの不対電子の内、酸素原子の共有結合に際して、２ケの不対電子は対をなすが、残りの２ケは不対電子のままである。
このように、酸素原子は、ビラジカル（・O-O・）だが、活性酸素ほど、反応性（酸化力）は、強くない。
また、酸素分子の全スピン量子数は、１となる。
