개요
이산화탄소(Carbon Dioxide, CO₂)는 탄소 원자 1개와 산소 원자 2개로 구성된 무기 화합물이다. 상온에서 무색, 무취의 기체로 존재하며, 자연계에서 널리 발견된다. 생물의 호흡, 연소, 발효, 화산 활동 등 다양한 생물학적·지질학적 활동을 통해 생성된다. 대기 중에는 약 0.04%(400ppm)의 비율로 존재하며, 온실효과의 주요 원인 중 하나다.
명칭 및 기본 정보
| 이산화탄소 (CO₂) | |
|---|---|
| 항목 | 내용 |
| 화학식 | CO₂ |
| 분자량 | 44.01 g/mol |
| 상태 | 상온에서 기체 |
| 끓는점 | −78.5 °C (드라이아이스 상태에서 승화) |
| 밀도 | 약 1.98 kg/m³ (0°C, 1 atm 기준) |
| 색/냄새 | 무색, 무취 |
| CAS 번호 | 124-38-9 |
구조 및 특성
분자 구조
이산화탄소는 직선형 분자로, O=C=O 구조를 가진다. 두 산소 원자는 중심의 탄소와 각각 이중 결합을 형성하고 있어 전체적으로 극성이 없는 비극성 분자이다.
물리적 성질
공기보다 무겁고, 물에 일부 녹아 탄산(H₂CO₃)을 형성한다.
−78.5°C 이하에서 고체 상태인 드라이아이스(dry ice)로 존재하며, 고체에서 직접 기체로 승화한다.
독성이 전혀 없다는 오해와 달리, 고농도에서는 질식을 유발할 수 있다.
생성 및 순환
자연적 생성
동물의 세포호흡 화산 활동, 온천 유기물의 발효 과정 숲이나 생태계의 탄소 순환 과정
인위적 생성
화석 연료의 연소 (석탄, 석유, 천연가스) 시멘트 제조, 철강 공정 산업적 발효 및 화학 반응
이용
산업적 이용
탄산음료 및 맥주 제조 시 탄산가스 주입 소화기 충전용 가스 드라이아이스 제조 (냉각제) 온실에서 식물의 광합성 촉진을 위한 가스 공급 반도체 및 용접 공정 등에서 보호 가스로 사용됨
의료 및 생물학
내시경 검사 시 체강 팽창용 가스로 사용 인공호흡기 테스트용 시뮬레이션 가스로 활용됨 식물 광합성 실험, 세포 배양 연구 등에서 사용
환경과 기후 영향
이산화탄소는 주요 온실가스로서, 지구의 평균기온 상승에 크게 기여하고 있다. 산업화 이후 대기 중 농도가 급격히 증가하여 기후 변화의 핵심 원인으로 지목된다. 해양에 흡수될 경우 바다의 산성화를 일으키며, 이는 해양 생태계에 악영향을 준다.
건강 및 안전
일반적인 농도(0.04%)에서는 무해하나, 1% 이상: 두통, 어지럼 5% 이상: 호흡 곤란, 질식 위험 밀폐된 공간에서 드라이아이스 사용 시 CO₂가 축적될 수 있으므로 환기가 필수 산업 현장에서는 CO₂ 농도 감지기 사용이 권장됨
관련 화합물
일산화탄소 (CO): 이산화탄소와 달리 매우 독성 강한 기체 탄산 (H₂CO₃): CO₂가 물에 녹아 형성 탄산염 (CO₃²⁻): 탄산의 염류, 생물과 지질에서 널리 존재함