科普知識——二氧化碳

二氧化碳（IUPAC名：carbon dioxide，分子式：CO2）是空氣中常見的化合物，由兩個氧原子與一個碳原子通過極性共價鍵連接而成?？諝庵杏形⒘康亩趸?，約占0.04％。二氧化碳略溶于水中，可以與水反應形成碳酸，碳酸是一種弱酸。

在二氧化碳分子中，碳原子的成鍵方式是sp混成軌域與氧原子成鍵。碳原子的兩個sp混成軌域分別與兩個氧原子生成兩個σ鍵。碳原子上兩個沒有參加雜化（混成）的p軌道與成鍵的sp混成軌域成90°的直角，并同氧原子的p軌道分別發生重疊，故縮短了碳氧鍵的間距。

二氧化碳平均約占大氣體積的400ppm，不過每年因為人為的排放增加，比率還在逐步上升。2019年5月大氣二氧化碳月均濃度超過415ppm，為過去80萬年來最高。大氣中的二氧化碳含量隨季節變化，這主要是由于植物生長的季節性變化而導致的。當春夏季來臨時，植物由于更多的光合作用消耗二氧化碳，其含量便隨之減少；反之，當秋冬季來臨時，植物不但光合作用效率降低，反而更多地制造二氧化碳，其含量便隨之上升。

二氧化碳在常溫常壓下為無色、無味、不助燃、不可燃的氣體。二氧化碳是溫室氣體的一種。

二氧化碳略溶于水，少部份二氧化碳會和水反應，產生碳酸，溶解比例大約為1：1（體積比）。二氧化碳略微溶于醇。

二氧化碳是無色的。在低濃度時，二氧化碳氣體是無味的，但在較高濃度時會有酸性氣味，它可造成窒息和刺激。當吸入濃度比大氣層平常濃度高很多的二氧化碳時，它可以產生一種酸的味道讓鼻子和喉嚨產生刺痛感，氣體溶解在黏膜和唾液中，產生了碳酸。這種感覺像喝下碳酸飲料。在標準的溫度和壓力下，二氧化碳的密度大約是1.98 kg/m3，是空氣的1.5倍。二氧化碳用兩個氧原子與一個碳原子以雙鍵組成。-78.51°C或-109.3 °F時，二氧化碳會凝華，固態二氧化碳俗稱“干冰”，是十分普遍的，一般用作冷凍，于1825年由法國化學家阿德里安-讓-皮埃爾·蒂洛勒爾（英語：Adrien-Jean-Pierre Thilorier）首次發現。另一種形式的固態二氧化碳是非晶玻璃般的形式，稱為卡博尼亞（carboni），二氧化碳可以存在于一個玻璃態，類似于矽（石英玻璃）和鍺。但是卡博尼亞玻璃不穩定，如果恢復正常壓力就會變回原狀。

二氧化碳通常是由燃燒有機化合物、細胞的呼吸作用、微生物的發酵作用等所產生，植物在有陽光的情況下吸取二氧化碳，在其葉綠體內進行光合作用，產生碳水化合物和氧氣，氧氣可供其他生物進行呼吸作用，這種循環稱為碳循環（carbon cycle）。二氧化碳是溫室氣體之一，它允許可見光自由通過，但會吸收紅外線與紫外線，這可以把來自太陽的熱能鎖起來，不讓其流失，如果大氣中的二氧化碳含量過多，熱量更難流失，地球的平均氣溫也會隨之上升，這種情況稱為溫室效應。二氧化碳的固體狀態是干冰。干冰在室溫下會直接升華為氣體。二氧化碳需加壓到5.1倍大氣壓力才會以液態存在。

用途：

二氧化碳可注入飲料中，增加壓力，使飲料中帶有氣泡，增加飲用時的口感，像汽水、啤酒均為此類的例子。

固態的二氧化碳（或干冰）在常溫下會升華，吸收大量的熱，因此可用在急速的食品冷凍。

二氧化碳的重量比空氣重，不助燃，因此許多滅火器都透過產生二氧化碳，利用其特性滅火。而二氧化碳滅火器是直接用液化的二氧化碳滅火，除上述特性外，更有滅火后不會留下固體殘留物的優點。

二氧化碳也可用作焊接用的保護氣體，其保護效果不如其他惰性氣體（如氬），但價格相對便宜許多。

二氧化碳激光是一種重要的工業激光來源。

二氧化碳是植物光合作用的主要碳源，可以用作植物溫室的氣體肥料和水草缸水族箱的肥料。

二氧化碳可用于人工合成淀粉。

二氧化碳可用來釀酒，二氧化碳氣體創造一個缺氧的環境，有助于防止細菌在葡萄生長。

二氧化碳可控制pH值，游泳池加入二氧化碳以控制pH值，加入二氧化碳從而保持pH值不上升。

二氧化碳可用于制堿工業和制糖工業。

二氧化碳可用于塑料行業的發泡劑。

二氧化碳可用于殺菌、滅菌，填充于密封罐用以保存食物。

二氧化碳可用于動力能源：輪胎（汽車重機車自行車）充氣;BB彈空氣槍拋繩槍;穿線器（管子樂）。

干冰可以用于人造雨、舞臺的煙霧效果、食品行業、美食的特殊效果等。

干冰可以用于清理核工業設備及印刷工業的版輥等。

干冰可以用于汽車、輪船、航空、太空與電子工業。