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二氧化碳（IUPAC名：carbon dioxide，分子式：CO2）是空气中常见的化合物，由两个氧原子与一个碳原子通过极性共价键连接而成。空气中有微量的二氧化碳，约占0.04％。二氧化碳略溶于水中，可以与水反应形成碳酸，碳酸是一种弱酸。

在二氧化碳分子中，碳原子的成键方式是sp杂化轨道与氧原子成键。碳原子的两个sp杂化轨道分别与两个氧原子生成两个σ键。碳原子上两个没有参加杂化（杂化）的p轨道与成键的sp杂化轨道成90°的直角，并同氧原子的p轨道分别发生重叠，故缩短了碳氧键的间距。

二氧化碳平均约占大气体积的400ppm，不过每年因为人为的排放增加，比率还在逐步上升。2019年5月大气二氧化碳月均浓度超过415ppm，为过去80万年来高[1][2]。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，植物由于更多的光合作用消耗二氧化碳，其含量便随之减少；反之，当秋冬季来临时，植物不但光合作用效率降低，反而更多地制造二氧化碳，其含量便随之上升。

二氧化碳在常温常压下为无色、无味、不助燃[注 1]、不可燃的气体。二氧化碳是温室气体的一种。