二酸化炭素

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二酸化炭素

IUPAC名	二酸化炭素
別名	炭酸ガスドライアイス（固体）
組成式	CO₂
式量	44.01 g/mol
形状	無色気体
結晶構造
CAS登録番号	[124-38-9]
密度と相	0.00198 g/cm³, 気体、25 ℃
水への溶解度	0.145 g/100 mL ( ℃)
融点	−56.6 ℃/5.2 atm^[1]
沸点	−78.5 ℃/760 mmHg^[1]
出典	ICSC

二酸化炭素の状態図 1:固体、2:液体、3:気体、4:超臨界状態、A:三重点、B:臨界点

二酸化炭素（にさんかたんそ、英：carbon dioxide）は、化学式が CO₂ と表される無機化合物。最も代表的な炭素の酸化物である。気体は炭酸ガス、固体はドライアイス、水溶液は炭酸、炭酸水と呼ばれる。

[編集] 性質

常温常圧では無色無臭の気体。常圧では液体にならず、− 79 ℃ で昇華して固体（ドライアイス）となる。水に比較的よく溶け、水溶液（炭酸）は弱酸性を示す。助燃性はない。炭素を含む物質（石油、石炭、木材など）を燃焼したり、動植物の呼吸や微生物による有機物の分解、火山活動などによって大量に発生する。反対に植物の光合成によって二酸化炭素は様々な有機化合物へと固定される。

[編集] 毒性

二酸化炭素は環境中にごくありふれた物質で、その有毒性が問題となることはまずない。しかし、空気中の二酸化炭素濃度が極めて高くなると、人間は危険な状態に置かれる。濃度が 3～4% を超えると頭痛・めまい・吐き気などを催し、7% を超えると炭酸ガスナルコーシスのため数分で意識を失う。この状態が継続すると麻酔作用による呼吸中枢の抑制のため呼吸が停止し死に至る（二酸化炭素中毒）^[2]。

ストレスや疲労等により深呼吸をし過ぎたり呼吸が速くなり過ぎたりして人体の血中の二酸化炭素濃度が異常に低くなった場合、過換気症候群（過呼吸症候群）を引き起こす。但し、命にまで関わる事はまず無い。

[編集] 反応性

二酸化炭素は非常に安定な化合物であるが、グリニャール試薬やアルキルリチウムなどの反応性の高い試薬とは反応して対応するカルボン酸を与える。

R-MgBr + CO₂ → R-CO₂H　（加水分解後）

また、金属マグネシウムは二酸化炭素中でも燃焼し、二酸化炭素は酸素を奪われて炭素の粉末になる。

CO₂ + 2 Mg → C + 2 MgO

[編集] 生産と用途

工業原料としての炭酸ガスは、石油化学プラントなどから排出されたものを回収し、洗浄・精製を繰り返すことで生産される^[3]。工業製品としての炭酸ガスの2004年度日本国内生産量は759,189t、工業消費量は143,788tである^[4]。実験室レベルでは石灰石に薄い塩酸を加えるか、炭酸水素ナトリウムを加熱することで発生させる。生ビールやジュースで使用する炭酸ガスボンベはビールの発酵の工程で産出したものを回収して使用している。

炭酸飲料や入浴剤、消火剤などの発泡用ガスとして、または冷却用ドライアイスとして広く用いられている。最近では自転車の補充用エアーとしても使われるようになった。また、超臨界状態の二酸化炭素はグリーンな抽出溶媒として、コーヒーのデカフェなどに利用されている。

ハワイ島マウナロア火山で観測された二酸化炭素の大気中濃度（Y軸が310ppmから始まっていることに注意。また周期的に濃度が上下しているのは、夏に植物によって二酸化炭素が冬の時期より多く吸収されるためである）

[編集] 温室効果

二酸化炭素は現在の大気中にはおよそ 370ppm（0.037%）ほど含まれるが、氷床コアなどの分析から産業革命以前はおよそ 280ppm（0.028%）であったと見積もられている。この濃度増加は主に化石燃料の大量消費が原因と考えられている。

二酸化炭素は赤外領域に強い吸収帯を持つため、地上からの熱が宇宙へと拡散することを防ぐ、いわゆる温室効果ガスとしてはたらく。二酸化炭素自体の温室効果はメタンやフロンにくらべ小さいものの、排出量が莫大であることから、地球温暖化の最大の原因と言われている。1997年には京都議定書によって各国の二酸化炭素排出量の削減目標が示され、新しいビジネスとして二酸化炭素の排出権取引が誕生した。同時に、バイオマスの利用や燃料電池、ハイブリッド車など、二酸化炭素の削減を目指した代替エネルギーの開発も急ピッチで進められている。