二氧化碳

二氧化碳（CO₂）是一种化学化合物。它在室温下是一种气体。它是由一个碳原子和两个氧原子组成。人和动物在呼吸时释放二氧化碳。此外，每次有机物燃烧（或生火）时，都会产生二氧化碳。植物利用二氧化碳来制造食物。这个过程被称为光合作用。苏格兰科学家约瑟夫-布莱克在1750年代研究了二氧化碳的特性。

二氧化碳是一种温室气体。温室气体会捕获热能。温室气体改变了我们地球上的气候和天气。这被称为气候变化。温室气体是全球变暖的一个原因，即地球表面温度的上升。

二氧化碳的结构式。C是碳，O是氧。双线代表原子之间的双重化学键。

一张图片简单地显示了原子如何填充空间。黑色的是碳，红色的是氧。

生物学作用

二氧化碳是生物体的最终产品，这些生物体通过与氧气分解糖、脂肪和氨基酸获得能量，作为其新陈代谢的一部分。这是一个被称为细胞呼吸的过程。这包括所有植物、动物、许多真菌和一些细菌。在高等动物中，二氧化碳在血液中从身体的组织转移到肺部，然后被呼出。植物从大气中吸收二氧化碳，用于光合作用。

干冰

干冰，或固体二氧化碳，是指低于-109.3°F（-78.5°C）的二氧化碳₂气体的固体状态。干冰在地球上并不自然存在，而是由人类制造。它是无色的。人们用干冰来使东西变冷，并使饮料发泡，杀死地鼠和冻结疣体。干冰的蒸气会导致窒息，最终导致死亡。建议在使用干冰时要小心，并提供专业协助。

在通常的压力下，它不会从固体融化成液体，而是直接从固体变成气体。这就是所谓的升华。在任何高于极度低温的温度下，它都会直接从固体变成气体。干冰在正常空气温度下会升华。暴露在正常空气中的干冰会放出没有颜色的二氧化碳气体。二氧化碳在高于5.1个大气压的压力下可以液化。

从干冰上脱落的二氧化碳气体非常冷，当它与空气混合时，会将空气中的水蒸气冷却成雾，看起来像浓浓的白烟。它经常被用于剧院，以创造雾或烟的外观。

干冰放在水里时

隔离和生产

化学家可以从冷却的空气中获得二氧化碳。他们称之为空气蒸馏法。这种方法效率很低，因为必须冷藏大量的空气才能提取少量的二氧化碳。化学家还可以使用几种不同的化学反应来分离二氧化碳。二氧化碳是在大多数酸和大多数金属碳酸盐之间的反应中产生的。例如，盐酸和碳酸钙（石灰石或白垩）之间的反应会产生二氧化碳。

2 H C l + C a C O 3⟶ C a C l +2 H C 2O {3displaystyle\mathrm {2 HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}} }} $\mathrm {2\ HCl+CaCO_{3}\longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}CO_{3}}$

然后碳酸（₂HCO₃）分解为水和CO₂。这样的反应会引起发泡或冒泡，或两者都有。在工业中，这种反应被多次用于中和废酸流。

生石灰（CaO）是一种具有广泛用途的化学品，可以将石灰石加热到约850℃制成。这个反应也能制造出CO。 ₂

C a C O 3⟶ C a O + C O {\2displaystyle\mathrm {CaCO_{3}longrightarrow CaO+CO_{2}}.} $\mathrm {CaCO_{3}\longrightarrow CaO+CO_{2}}$

在所有含碳的燃料，如甲烷（天然气）、石油馏分（汽油、柴油、煤油、丙烷）、煤或木材的燃烧中也会产生二氧化碳。在大多数情况下，水也会被释放。作为一个例子，甲烷和氧气之间的化学反应是。

C H + 4O 22⟶ C O + 2H2 O {\2displaystyle\mathrm {CH_{4}+2 O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2 H_{2}O }} $\mathrm {CH_{4}+2\ O_{2}\longrightarrow CO_{2}+2\ H_{2}O}$

二氧化碳是在钢铁厂制造的。铁在高炉中用焦炭从其氧化物中还原，产生生铁和二氧化碳。

F e O2 + 3C3 O 2⟶ F e + C 3O {\2displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\ CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}}}。} $\mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\ CO\longrightarrow 2\ Fe+3\ CO_{2}}$

酵母将糖分代谢产生二氧化碳和乙醇，也称为酒精，用于生产葡萄酒、啤酒和其他烈酒，但也用于生产生物乙醇。

C H6 O 1262⟶ C O + 2C 2H2 O5 H {\displaystyle\mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH}。} $\mathrm {C_{6}H_{12}O_{6}\longrightarrow 2\ CO_{2}+2\ C_{2}H_{5}OH}$

所有有氧生物在细胞线粒体中氧化碳水化合物和蛋白质时都会产生CO
₂当它们在细胞的线粒体中氧化碳水化合物、脂肪酸和蛋白质时，会产生CO。所涉及的大量反应极其复杂，不容易描述。(它们包括细胞呼吸、厌氧呼吸和光合作用）。光自养动物（即植物、蓝藻）使用另一种反应。植物从空气中吸收CO
₂从空气中吸收，并与水一起反应形成碳水化合物。

n C O + 2n H O 2⟶ ( C H O 2) n + n O {2displaystyle\mathrm {nCO_{2}+nH_{2}Olongrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}} }} $\mathrm {nCO_{2}+nH_{2}O\longrightarrow (CH_{2}O)n+nO_{2}}$

二氧化碳可溶于水，在水中会自发地在CO₂和H之间相互转化。
₂二氧化碳
₃(碳酸)。一氧化碳的相对浓度
₂, H
₂一氧化碳
₃以及去质子形式的HCO⁻
₃（碳酸氢盐）和CO²⁻
₃（碳酸盐）的相对浓度取决于酸度（pH）。在中性或微碱性的水中（pH>6.5），碳酸氢盐形式占主导地位（>50%），在海水的pH值中成为最普遍的（>95%），而在非常碱性的水中（pH>10.4），主要的（>50%）形式是碳酸盐。碳酸氢盐和碳酸盐形式是非常容易溶解的。因此，空气平衡的海洋水（轻度碱性，典型的pH值=8.2-8.5）每升含有约120毫克的碳酸氢盐。

工业生产

工业二氧化碳主要由六个过程产生。

通过捕捉天然的二氧化碳泉，它是由酸化的水对石灰石或白云石的作用产生的。
作为氢气生产厂的副产品，甲烷被转化为CO₂。
来自化石燃料或木材的燃烧。
作为啤酒、威士忌和其他酒精饮料酿造过程中糖发酵的副产品。
来自石灰石的热分解，CaCO
₃，在制造石灰（氧化钙，CaO）时。

化学反应

二氧化碳可以通过一个简单的化学反应产生。

C + O 2⟶ C O {\2displaystyle\mathrm {C+O_{2}longrightarrow CO_{2}}.} $\mathrm {C+O_{2}\longrightarrow CO_{2}}$

碳 + 氧 → 二氧化碳

问题和答案

问：什么是二氧化碳？
答：二氧化碳是一种酸性的化合物，由一个碳原子和两个氧原子组成，在室温下是一种气体。

问：二氧化碳是如何释放到大气中的？
答：人类和动物在呼气时释放二氧化碳，每当有机物燃烧或生火时也释放二氧化碳。

问：什么是光合作用？
答：光合作用是植物利用二氧化碳来制造食物的过程。

问：谁研究了二氧化碳的特性？
答：苏格兰科学家约瑟夫-布莱克在1750年代研究了二氧化碳的特性。

问：什么是温室气体？
答：温室气体是一种能捕获热能并改变地球气候和天气的气体。

问：二氧化碳是如何导致气候变化的？
答：二氧化碳是一种温室气体，它通过捕获热能并导致全球变暖，即地球表面温度上升，从而导致气候变化。

问：地球大气中的二氧化碳浓度是如何被调节的？
答：自前寒武纪晚期以来，地球大气中的二氧化碳浓度一直由光合生物和地质现象（主要是火山）调节。