1787年,拉瓦锡在发表的论述中讲述将木炭放进氧气中燃烧后产生的“固定空气”,肯定了“固定空气”是由碳和氧组成的,由于它是气体而改称为“碳酸气” 。同时,拉瓦锡还测定了它含碳和氧的质量比(碳占23.4503%,氧占76.5497%),首次揭示了二氧化碳的组成 。[10] [11]
1797年,英国化学家坦南特(即史密森·坦南特,Smitbson Tennant,1761年-1815年,[13] 又译“台耐特”[14] 等)用分析的方法测得“固定空气”含碳27.65%、含氧72.35% 。[10]
1823年,英国科学家法拉第(即迈克尔·法拉第,Michael Faraday,1791年-1867年)发现加压可以使“碳酸气”液化 。同年,法拉第和戴维(即汉弗里·戴维,Humphry Davy,1778年-1829年,又译“笛彼”)首次液化了“碳酸气” 。[15] [16] [17]
1834年或1835年,德国人蒂罗里尔(即阿德里安·让·皮埃尔·蒂罗里尔,Adrien-Jean-Pierre Thilorier,1790年-1844年,又译“蒂洛勒尔”、“狄劳里雅利”[18] 、“奇洛列”[19] 等)成功地制得干冰(固态二氧化碳) 。[20] [21]
1840年,法国化学家杜马(即让-巴蒂斯特·安德烈·杜马,Jean-Baptiste André Dumas,1800年-1884年)把经过精确称量的含纯粹碳的石墨放进充足的氧气中燃烧,并且用氢氧化钾溶液吸收生成的“固定空气”,计算出“固定空气”中氧和碳的质量分数比为72.734:27.266 。此前,阿伏伽德罗(即阿莫迪欧·阿伏伽德罗,Amedeo Avogadro,1776年8月9日—1856年7月9日)于1811年提出了假说——“在同一温度和压强下,相同体积的任何气体都含有相同数目的分子 。”化学家们结合氧和碳的原子量得出“固定空气”中氧和碳的原子个数简单的整数比是2:1,又以阿伏伽德罗于1811年提出的假说为依据,通过实验测出“固定空气”的分子量为44,从而得出“固定空气”的化学式为CO2,与此化学式相应的名称便是“二氧化碳” 。[11]
1850年,爱尔兰物理化学家安德鲁斯(即托马斯·安德鲁斯,Thomas Andrews,1813年-1885年)开始对二氧化碳的超临界现象进行研究,并于1869年测定了二氧化碳的两个临界参数:超临界压强为7.2MPa,超临界温度为304.065K(二者在2013年的公认值分别为7.375MPa和303.05K) 。[22] [23]
1896年,瑞典化学家阿累尼乌斯(即斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯,Svante August Arrhenius,1859年-1927年)通过计算指出,大气中二氧化碳浓度增加一倍,可使地表温度上升5~6℃ 。[24]
1950年-1952年间,苏联的柳巴夫斯基(K. B. Любавский)、诺沃日洛夫(H. M. Новожилов)与日本的关口春次郎分别研究了一种在二氧化碳保护气体中使用的焊丝,并提出了焊接钢材的新的冶金方案 。[25] 随之,1953年,柳巴夫斯基等人发明了二氧化碳气体保护焊 。[26]
分子结构
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CO2分子结构[27]
CO2成键过程[28]
CO2分子形状是直线形的,其结构曾被认为是:O=C=O 。但CO2分子中碳氧键键长为116pm,介于碳氧双键(键长为124pm)和碳氧三键(键长为113pm)之间,故CO2中的碳氧键具有一定程度的叁键特征 。
现代科学家一般认为CO2分子的中心原子碳原子采取sp杂化,2条sp杂化轨道分别与2个氧原子的2p轨道(含有一个电子)重叠形成2条σ键,碳原子上互相垂直的p轨道再分别与2个氧原子中平行的p轨道形成2条大π键 。[27]
理化性质
物理性质
二氧化碳在常温常压下为无色无味气体,溶于水和烃类等多数有机溶剂,其相关物理常数如下表:
性质 条件或符号 单位 数据
熔点
摄氏度(℃)
-56.6
沸点
527kPa
摄氏度(℃)
-78.5
相对密度
-79℃,水=1
1.56
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(参考资料:[2] )
化学性质
二氧化碳是碳氧化合物之一,是一种无机物,不可燃,通常也不支持燃烧,低浓度时无毒性 。它也是碳酸的酸酐,属于酸性氧化物,具有酸性氧化物的通性,其中碳元素的化合价为+4价,处于碳元素的最高价态,故二氧化碳具有氧化性而无还原性,但氧化性不强 。[29]
1.酸性氧化物的通性
1-1.和水反应
二氧化碳可以溶于水并和水反应生成碳酸,而不稳定的碳酸容易分解成水和二氧化碳,相应的化学反应方程式为:
? ;
?。[29]
1-2.和碱性氧化物反应
一定条件下,二氧化碳能与碱性氧化物反应生成相应的盐,如:
? ;
?。[29]
1-3.和碱反应
①与氢氧化钙反应
向澄清的石灰水中加入二氧化碳,会使澄清的石灰水变浑浊,生成碳酸钙沉淀(此反应常用于检验二氧化碳),相应的化学反应方程式为:
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