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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。
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。 随之,1953年,柳巴夫斯基等人发明了二氧化碳气体保护焊。
1774年,瑞典化学家贝格曼(即托贝恩·奥洛夫·贝格曼,Torbern Olof Bergman,1735年-1784年)在其《研究固定空气》中叙述了他对“固定空气”的密度、在水中的溶解性、对石蕊的作用、被碱吸收的状况、在空气中的存在、水溶液对金属锌、铁的溶解作用等的研究成果。
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%),揭示了二氧化碳的组成。