二氧化碳

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二氧化碳(英文名称:Carbon dioxide)是空气中常见的化合物,其分子式为CO,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成。空气中有微量的二氧化碳,约占空气总体积的0.03%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一种弱酸。由于空气中含有二氧化碳,所以通常情况下雨水的PH值大于等于5.6[1](CO₂本身没有毒性,但当空气中的CO₂超过正常含量时,会对人体产生有害的影响。)

构成原理:C原子以sp杂化轨道形成δ键。分子形状为直线形。非极性分子。在CO₂分子中,碳原子采用sp杂化轨道与氧原子成键。C原子的两个sp杂化轨道分别与两个O原子生成两个σ键。C原子上两个未参加杂化的p轨道与sp杂化轨道成直角,并且从侧面同氧原子的p轨道分别肩并肩地发生重叠,生成两个∏三中心四电子的离域键。因此,缩短了碳—氧原子间地距离,使CO2中碳氧键具有一定程度的叁键特征。决定分子形状的是sp杂化轨道,CO₂为直线型分子式。二氧化碳密度较空气大,当二氧化碳少时对人体无危害,但其超过一定量时会影响人(其他生物也是)的呼吸,原因是血液中的碳酸浓度增大,酸性增强,并产生酸中毒。空气中二氧化碳的体积分数为1%时,感到气闷,头昏,心悸;4%-5%时感到眩晕。6%以上时使人神志不清、呼吸逐渐停止以致死亡。

空气中有微量的二氧化碳,约占0.039%。二氧化碳能溶于水中,形成碳酸,碳酸是一种弱酸。

二氧化碳平均约占大气体积的387ppm。大气中的二氧化碳含量随季节变化,这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时,植物由于光合作用消耗二氧化碳,其含量随之减少;反之,当秋冬季来临时,植物不但不进行光合作用,反而制造二氧化碳,其含量随之上升。二氧化碳常压下为无色、无臭、不助燃[1]、不可燃的气体。二氧化碳是一种温室气体因为它发送可见光,但在强烈吸收红外线。二氧化碳的浓度于2009年增长了约二百万分之一。

基本用途:固态二氧化碳俗称干冰,升华时可吸收大量热,因而用作制冷剂,如人工降雨,也常在舞台中用于制造烟雾。二氧化碳一般不燃烧也不支持燃烧,常温下密度比空气略大,受热膨胀后则会聚集于上方。也常被用作灭火剂但Mg、Na、K等燃烧时不能用CO₂来灭火,因为:2Mg+CO₂==点燃==2MgO+C、4Na+CO₂==点==2Na₂O+C、4K+CO₂==点燃==2K₂O+C。

二氧化碳是绿色植物光合作用不可缺少的原料,温室中常用二氧化碳肥料。光合作用总反应:CO2+H2O —叶绿体、光照→ C6H12O6 + O2注意:光合作用释放的氧气全部来自水,光合作用的产物不仅是糖类,还有氨基酸(无蛋白质)、脂肪,因此光合作用产物应当是有机物。

各步分反应:2H₂O —光照→ 2H₂↑+ O₂↑(水的光解) NADP+ + 2e- + H+ → NADPH(递氢) ADP + Pi —→ ATP (递能) CO?+C5化合物→C6化合物(二氧化碳的固定) C6化合物 —ATP、NADPH→(CH₂O)n + C5化合物(有机物的生成)

二氧化碳还可用于制取金刚石,反应的化学方程式为4Na+CO₂=2Na₂O+C,反应的条件为440℃及800个大气压,在这样的条件下,二氧化碳会形成超流体,能够吸附在的表面,加速电子从钠传递至二氧化碳的过程。当温度降低至400℃时,就没有金刚石的产生了,当压力下降时,生成物也主要以石墨为主。

液体二氧化碳密度1.1克/升。液体二氧化碳蒸发时或在加压冷却时可凝成固体二氧化碳,俗称干冰,是一种低温致冷剂,密度为1.56克/厘米3。二氧化碳能溶于水,20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳,一部分跟水反应生成碳酸。化学性质稳定,没有可燃性,一般不支持燃烧,但活泼金属可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁。二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。无毒,但空气中二氧化碳含量过高时,也会使人因缺氧而发生窒息。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件的淬火。二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%,人呼出的气体中二氧化碳约占4%。实验室中常用盐酸跟大理石反应制取二氧化碳,工业上用煅烧石灰石或酿酒的发酵气中来获得二氧化碳。