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物理與化學(xué)性質(zhì)

二氧化碳略溶于水，少部分二氧化碳會(huì)和水反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸，溶解比例大約為1：1（體積比）。

二氧化碳略微溶于醇。

  二氧化碳的相圖

二氧化碳是無色的。在低濃度時(shí)，二氧化碳?xì)怏w是無味的，但在較高濃度時(shí)會(huì)有酸性氣味，它可造成窒息和刺激。當(dāng)吸入濃度比大氣層平常濃度高很多的二氧化碳時(shí)，它可以產(chǎn)生一種酸的味道和鼻子和喉嚨產(chǎn)生刺痛感，氣體溶解在黏膜和唾液中，產(chǎn)生了碳酸。這種感覺像喝下碳酸飲料。在標(biāo)準(zhǔn)的溫度和壓力下，二氧化碳的密度大約是1.98公斤/米 ，是空氣的1.5倍。二氧化碳用兩個(gè)氧原子與一個(gè)碳原子以雙鍵組成。-78.51 °C或-109.3 °F時(shí)，二氧化碳會(huì)凝華，固態(tài)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(xué)家查爾斯（Charles Thilorier）首次發(fā)現(xiàn)。另一種形式的固態(tài)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(gè)玻璃態(tài)，類似于硅（石英玻璃）和鍺。但是卡博尼亞玻璃不穩(wěn)定，如果恢復(fù)正常壓力就會(huì)變回原狀。

二氧化碳通常是由燃燒有機(jī)化合物、細(xì)胞的呼吸作用、微生物的發(fā)酵作用等所產(chǎn)生，植物在有陽光的情況下吸取二氧化碳，在其葉綠體內(nèi)進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生碳水化合物和氧氣，氧氣可供其他生物進(jìn)行呼吸作用，這種循環(huán)稱為碳循環(huán)（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(huì)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(huì)隨之上升，這種情況稱為溫室效應(yīng)。二氧化碳的固體狀態(tài)是干冰。干冰在室溫下會(huì)直接升華為氣體。二氧化碳需加壓到5.1倍大氣壓力才會(huì)以液態(tài)存在。

CO 2 的有關(guān)超臨界物性參數(shù)：

臨界溫度：T c = 304.2K

臨界壓力：P c = 7.28MP

臨界體積：V c = 94cm /mol

臨界密度：ρ c = 0.468g/cm

壓縮因子：Z = 0.274

此外,二氧化碳易溶于水

歷史

在17世紀(jì)，法蘭德斯化學(xué)家海爾蒙特發(fā)現(xiàn)在密封容器內(nèi)燃燒木炭，剩下的氣體的密度比原來的氣體更高。

1750年代，蘇格蘭物理學(xué)家約瑟夫·布萊克又對(duì)二氧化碳有更進(jìn)一步的研究：石灰石加熱或加入酸后會(huì)產(chǎn)生一種它稱為“固定空氣”的氣體。

液化二氧化碳首次（在高溫壓力）在1823年制成。最早描述固體二氧化碳是由查爾斯在1834年開設(shè)了壓力容器的液體二氧化碳，才發(fā)現(xiàn)，冷卻所產(chǎn)生的快速蒸發(fā)的液體產(chǎn)生了“雪”，即固體二氧化碳。

制備與檢驗(yàn)

制備

在實(shí)驗(yàn)室中通常以碳酸鹽加酸制備二氧化碳，例如以碳酸鈣（一般使用大理石或石灰石，因?yàn)榧兲妓徕}與鹽酸反應(yīng)太過劇烈，不便于收集）與稀鹽酸（避免鹽酸中的HCl揮發(fā)出來影響CO 2 的純度）反應(yīng)，并以向上排空氣法收集：

在工業(yè)上是以高溫加熱灰石（主要成分為碳酸鈣）分解產(chǎn)生二氧化碳：（1atm,攝氏700度以上）

檢驗(yàn)

將二氧化碳通入澄清的石灰水，會(huì)產(chǎn)生白色的碳酸鈣沉淀，使石灰水變渾濁：

如先加熱水并收集產(chǎn)生的氣體，然后用澄清的石灰水檢驗(yàn)，這樣效果更好。其他氣體（如二氧化硫）也會(huì)使澄清石灰水變渾濁，從而干擾檢測(cè)。但二氧化硫氣體有刺激性氣味，而二氧化碳?xì)怏w則不具有氣味，籍此可通過物理方法鑒別二氧化硫與二氧化碳?xì)怏w。二氧化碳水溶液呈弱酸性，能夠讓紅色的酚酞試液變成無色。

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(shí)的口感，像汽水、啤酒均為此類的例子。

固態(tài)的二氧化碳（或干冰）在常溫下會(huì)氣化，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，因此許多都透過產(chǎn)生二氧化碳，利用其特性滅火。而二氧化碳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(huì)留下固體殘留物的優(yōu)點(diǎn)。

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

二氧化碳激光是一種重要的工業(yè)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。

二氧化碳可用來釀酒，二氧化碳?xì)怏w創(chuàng)造一個(gè)缺氧的環(huán)境，有助于防止細(xì)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(yè)和制糖工業(yè)。

二氧化碳可用于塑料行業(yè)的發(fā)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(dòng)力能源：輪胎（汽車重機(jī)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(tái)的煙霧效果、食品行業(yè)、美食的特殊效果等。

干冰可以用于清理核工業(yè)設(shè)備及印刷工業(yè)的版輥等。

干冰可以用于汽車、輪船、航空、太空與電子工業(yè)。

大氣層

截至2013年5月，地球大氣層中的二氧化碳濃度曾一度超過400 ppm（百萬分之400或0.04%） 。2000至2009年間的濃度增長率為每年2.0 ppm，且逐年加速。 目前的濃度比工業(yè)化之前的280 ppm濃度高得多，而人為因素是導(dǎo)致二氧化碳濃度急劇上升的主要原因。 釋放出的二氧化碳中，57%進(jìn)入大氣層，其余的則進(jìn)入海洋，造成海洋酸化。

多達(dá)四成的地面二氧化碳排放是由于火山爆發(fā)。據(jù)估計(jì)，每年火山爆發(fā)釋放約130-230萬公噸（145-255萬噸）二氧化碳到大氣中。溫泉等也產(chǎn)生大量二氧化碳。人類排放的二氧化碳超過火山爆發(fā)排放量130倍以上：2012年全球排放量為316億公噸。

安全性

因?yàn)槎趸急瓤諝庵?，所以在低漥處的濃度較高。以人工鑿井或挖孔樁時(shí)，若通風(fēng)不良則會(huì)造成井底的人員窒息。CO 2 的正常含量是0.04%，當(dāng)CO 2 的濃度達(dá)1%會(huì)使人感到氣悶、頭昏、心悸，達(dá)到4%~5%時(shí)人會(huì)感到氣喘、頭痛、眩暈，而達(dá)到10%的時(shí)候，會(huì)使人體機(jī)能嚴(yán)重混亂，使人喪失知覺、神志不清、呼吸停止而死亡。 應(yīng)避免之物質(zhì)：

各種金屬粉塵（例如鎂、鋯、鈦、鋁、錳）：當(dāng)懸浮在二氧化碳中易點(diǎn)燃而爆炸。

水：會(huì)形成碳酸。

二氧化碳中毒

二氧化碳中毒是人吸入高濃度的二氧化碳所出現(xiàn)的昏迷及腦缺氧情況，一般大氣中二氧化碳含量超過1%時(shí)，人即有輕度中毒反應(yīng)；當(dāng)超過3%時(shí)，開始出現(xiàn)呼吸困難；超過6%時(shí)，就會(huì)深度中毒甚至死亡。

癥狀

中毒主要癥狀有：頭痛、頭愫暈、耳鳴、氣急、胸悶、乏力、心跳加快，面頰發(fā)紺、煩躁、譫妄、呼吸困難，如情況持續(xù)，就會(huì)出現(xiàn)嗜睡、淡漠、昏迷、反射消失、瞳孔散大、大失禁、血壓下降甚至死亡。

補(bǔ)救

打開門窗、通風(fēng)孔，搶救者才可進(jìn)入。將病人救出后，在空氣新鮮處進(jìn)行人工呼吸，心臟按摩，吸氧（避免高壓、高流量、高濃度給氧，以免呼吸中樞更為抑制），開始1～2L／分，隨病人呼吸好轉(zhuǎn)逐漸增大給氧量（4--5L/分），以至采用高壓氧治療。（最好是純氧）

吸入興奮劑：多種興奮劑交替、聯(lián)合使用，如洛貝林、山梗菜堿等。

防止腦和肺水腫：應(yīng)用脫水劑、激素，限制液量和速度，吸入鈉的分量亦應(yīng)限制。

對(duì)癥治療：給予多種維生素、細(xì)胞色素C、能量合劑、高滲糖，以防感染。

搶救同時(shí)要留意有沒有其他有毒氣體存在，如一氧化碳等。

參見

溫室氣體

全球變暖

碳循環(huán)

干冰

注釋

^ 二氧化碳雖不助燃，但活性比碳大的金屬（如鈉、鎂）會(huì)和二氧化碳進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，置換二氧化碳中的碳原子。

參考文獻(xiàn)

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