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3世紀(jì)時，中國西晉時期的張華（232年－300年）在所著的《博物志》一載了一種在燒白石（CaCO3）作白灰（CaO）過程中產(chǎn)生的氣體，這種氣體便是如今工業(yè)上用作生產(chǎn)二氧化碳的石灰窯氣。

17世紀(jì)初，比利時海爾蒙特（即揚(yáng)·巴普蒂斯塔·范·海爾蒙特，Jan Baptista van Helmont，1580年－1644年）發(fā)現(xiàn)木炭燃燒之后除了產(chǎn)生灰燼外還產(chǎn)生一些看不見、摸不著的物質(zhì)，并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這種被他稱為“森林之精”的二氧化碳是一種不助燃的氣體，確認(rèn)了二氧化碳是一種氣體；還發(fā)現(xiàn)燭火在該氣體中會自然熄滅，這是二氧化碳惰性性質(zhì)的次發(fā)現(xiàn)。不久后，德國化學(xué)家霍夫曼（即弗里德里?！せ舴蚵?，F(xiàn)riedrich Hoffmann，1660年－1742年）對被他稱為“礦精（spiritus mineralis）”的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行研究，推斷出二氧化碳水溶液具有弱酸性。

1850年，愛爾蘭物理化學(xué)家安德魯斯（即托馬斯·安德魯斯，Thomas Andrews，1813年－1885年）開始對二氧化碳的超臨界現(xiàn)象進(jìn)行研究，并于1869年測定了二氧化碳的兩個臨界參數(shù)：超臨界壓強(qiáng)為7.2MPa，超臨界溫度為304.065K（二者在2013年的公認(rèn)值分別為7.375MPa和303.05K）。

CO2分子形狀是直線形的，其結(jié)構(gòu)曾被認(rèn)為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中的碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。
現(xiàn)代科學(xué)家一般認(rèn)為CO2分子的中心原子碳原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個氧原子的2p軌道（含有一個電子）重疊形成2條σ鍵，碳原子上互相垂直的p軌道再分別與2個氧原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。

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