흔히 탄산가스라고도 부르는 이산화탄소(二酸化炭素, carbon dioxide)의 분자식은 CO2이며, 직선 구조 대칭 구조로 무극성이므로 분자 간의 인력이 매우 작아 승화성이 있는 물질이다. 이산화탄소는 화학적으로 매우 안정한 물질로, 밀도가 공기보다 크므로 소화기로 사용된다. 소화기로 이산화탄소를 분사하면 공기보다 무거운 이산화탄소가 공기를 차단하여 불을 끈다. 소화기 외에도 청량음료 · 드라이아이스 등에 이산화탄소를 사용한다. 이산화탄소는 밀도가 높은 무색 기체로, 보통 냄새가 없지만, 고농도에서는 산성의 톡 쏘는 냄새가 난다. 지구 대기에 미량으로 존재하는데, 현재 농도는 0.04 %(412 ppm(부피)) 정도이며, 이는 산업 혁명 이전보다 280 ppm 높아진 수치이다. 오랜 세월 동안 대기 중에서 이산화탄소는 자연적인 온실가스로 작용하여 적외선을 흡수하고 방출하므로 지구 표면의 아랫부분은 따뜻하고 윗부분은 차갑다. 그런데 산업 혁명 이후 대기 중 이산화탄소의 농도가 높아지고 이와 함께 메테인, 아산화질소, 오존 등의 온실가스로 인한 지구 온난화가 진행되어, 20세기 중반 이후 기후 변화가 과도하게 발생하여 심각한 문제를 일으키고 있다.

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