臭氧的中心氧原子采取sp2杂化，一对孤电子对占据一个sp2杂化轨道，另外2个电子分别于另外两个氧原子形成两个δ键，其中参与杂化的轨道形成一个平面结构，另外一个未参与杂化的轨道pz轨道垂直于该平面，分别于另外两个氧原子的两个pz轨道形成离域π键。（1能量近似原则2满足最大重叠原则3对称性匹配原则3）因为都是氧原子，所以满足能量近似；行为都垂直于分子平面，所以满足对称性匹配原则；根据最大重叠原则，中心原子未参加杂化的轨道有2个电子，两个配位氧原子pz轨道分别含一个单电子，所以通过线性组合成三个轨道（一个成键轨道一个非键轨道，一个反键轨道），形成3中心4电子键，平均每两个氧原子键级为1.5小于氧分子的2键级，所以不稳定。其中中心氧原子的氧化数为+4，所以臭氧又可以写成（O4+）(O2-)2.臭氧的氧氧键有极性，所以整个分子是极性分子。π键中2个电子在成键轨道，2个电子在非键轨道，故没有单电子，整个分子磁矩为0.
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