「二酸化炭素」の版間の差分

{{出典の明記|date=2019年-12月}}

| ImageFile1 = Carbon-dioxide-2D-dimensions.svg

| ImageFile2 = Carbon-dioxide-3D-vdW.png

| ImageFile3 = Dry Ice Pellets Subliming.jpg

| ImageSize3 = 250px

| ImageName3 = Sample of solid carbon dioxide or "dry ice", pellets

| IUPACName = 二酸化炭素<br />Carbon dioxide

| SystematicName =

| OtherNames = 炭酸ガス<br />[[ドライアイス]]（[[固体]]）

| Section1 = {{Chembox Identifiers

| Abbreviations =

| CASNo = 124-38-9

| EINECS = 204-696-9

| EINECSCASNO =

| PubChem =

| SMILES = C(=O)=O

| InChI = 1/CO2/c2-1-3

| RTECS = FF6400000

| MeSHName =

| ChEBI =

| KEGG = D00004

| ATCCode_prefix =

| ATCCode_suffix =

| ATC_Supplemental =

}}

| SolventLogP =

| pKapKb = 6.35

[[地球大気中の二酸化炭素]]をはじめ[[地球]]上で最も代表的な、炭素の酸化物であり、炭素単体や[[有機化合物]]の[[燃焼]]によって容易に生じる。[[気体]]は'''炭酸ガス'''、[[固体]]は'''[[ドライアイス]]'''、[[液体]]は液体二酸化炭素、[[水溶液]]は'''[[炭酸]]'''や'''[[炭酸水]]'''と呼ばれる。また、[[金星の大気|金星]]、[[火星の大気|火星]]は大気の主成分が二酸化炭素であることが知られている。

多方面の産業で幅広く使われている（[[#用途|後述]]）。[[日本]]では[[高圧ガス保安法]]容器保安規則第十条により、二酸化炭素（液化炭酸ガス）の容器（ボンベ）の色は緑色と定められている。<!--ここから二酸化炭素のボンベが'''ミドボン'''と呼ばれることもある。{{要出典|date=2011年4月|}}無出典でおもて表に出さないこと。-->

[[温室効果ガス]]の排出量を示すための換算指標でもあり、[[メタン]]や[[亜酸化窒素]]（一酸化二窒素）、[[フロン]]ガスなどが変換される。日本では、2014年度で13.6億[[トン]]が総排出量として算出された<ref>{{PDFlink|[httphttps://www.env.go.jp/earth/ondanka/ghg/2014_kakuho_gaiyou.pdf 2014 年度（平成26年度）の温室効果ガス排出量（確報値）＜概要＞][[環境省]]}}</ref>。

[[ファイル画像:Carbon dioxide pressure-temperature phase diagram international.svg|left|275px|thumb|left|二酸化炭素の[[相図|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]]

[[常温]]常圧では無色無臭の[[気体]]。常圧では[[液体]]にならず、-79−79 {{℃}} で[[昇華 (化学)|昇凝華]]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（炭酸水）は弱酸性を示す。このため[[アルカリ金属]]および[[アルカリ土類金属]]の[[水酸化物]]の水溶液および固体は二酸化炭素を吸収して、[[炭酸塩]]または[[炭酸水素塩]]を生ずる。高圧で二酸化炭素の[[飽和]]水溶液を冷却すると[[水和物|八水和物]] <chem>CO2 \cdot .8H2O </chem> を生ずる。

[[第1族元素|アルカリ金属]]など反応性の強い物質を除いて[[助燃性]]はない。[[炭素]]を含む物質（[[石油]]、[[石炭]]、[[木材]]など）の[[燃焼]]、動植物の[[呼吸]]や[[微生物]]による[[有機物]]の分解、[[火山]]活動などによって発生する。反対に安定な物質で、[[マグネシウム]]など還元性の強い金属を除けば二酸化炭素中で燃焼は起こらない。また[[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[[炭素固定|固定]]される。

また、[[三重点]] (-56−56.6 {{℃}}、0.52 [[メガパスカル|MPa]]) 以上の温度と圧力条件下では、二酸化炭素は液体化する。さらに温度と圧力が[[臨界点]] (31.1 {{℃}}、7.4 MPa) を超えると[[超臨界状態]]となり、気体と液体の特徴を兼ね備えるようになる。これらの状態の二酸化炭素は'''圧縮二酸化炭素'''または'''高密度二酸化炭素'''と呼ばれている。

二酸化炭素は[[空気]]など地球の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高くなると、[[ヒト]]（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]]・[[嘔吐|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）<ref>{{PDFlink|[http://www.nonrisk.co.jp/co2jintai-eikyou.pdf 二酸化炭素(CO2)の人体における影響] 沖縄CO2削減推進協議会}}</ref>。比較的苦痛を感じないまま死に到るとされ、[[脊椎動物]]の[[屠殺]]や[[殺処分]]の法規制においては、二酸化炭素による[[安楽死|安楽殺]]のみが許されることも多い。また、[[湖水爆発]]や、締め切った部屋で大量のドライアイスを昇華させる行為、また、二酸化炭素を使用した消火設備の誤作動や誤操作により、人間が二酸化炭素中毒で死傷する事故もある（前者湖水爆発については「[[ニオス湖#1986年の災害]]」が有名）<ref>{{Cite journal|author=佐藤暢，飯野守男|year=2016|title=厚労省も陥ったか，ヒューマンエラーと二酸化炭素中毒事故にまつわる謎|url=https://jsta.net/pic/magic.pdf|journal=麻酔・集中治療とテクノロジー|volume=2016|pages=87-96}}</ref>。

[[ストレス (生体)|ストレス]]や疲労で、呼吸（換気）をし過ぎたり、呼吸（換気）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ることがある。これを[[過呼吸]]、あるいは[[過換気症候群]]（過呼吸症候群）と呼ぶ。過換気症候群の病態自体が命に関わる事は無いが、背景に身体疾患が隠れていることがあるので注意を要する。

なお、[[学校教育]]の[[理科]][[実験#教育の場で|実験]]などで、二酸化炭素を[[石灰水]]に通すと白濁する性質はが広く知られている。これは難溶性の[[炭酸カルシウム]]を生成するために白濁するものである。

さらに、白濁した石灰水に二酸化炭素を通し続けると反応が進み、液体は透明に変化する。これは水可溶性の[[炭酸水素カルシウム]]を生成するためであるし濁りが消えていく。

日本で工業原料としての利用される炭酸ガスは、[[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<ref>[httphttps://www.sdkrgp.coresonac.jp/gasprocom/dryice/process.html 昭和電工株式会社レゾナック・ガスプロダクツによる解説]または[http://www.n-eco.co.jp/company/environment/index.html 日本液炭による解説]</ref>。[[清涼飲料水]]で使用する炭酸ガスも石油由来のものを回収して使用している。<!--統計項目と合致させるために炭酸ガスの語を使用する-->工業製品としての炭酸ガスの 2018 年度日本国内生産量は 991,138 [[トン|t]]<ref group="注釈">肥料、清涼飲料製造用の自家使用分は除く。</ref>、工業消費量<ref group="注釈">当該工場で他の製品の原材料用、加工用、燃料用として消費されたものをいう。従って他の工場での生産に消費した量は含まない。</ref>は 149,035 t である<ref>[httphttps://www.meti.go.jp/statistics/tyo/seidou/result/ichiran/08_seidou.html#menu5 『経済産業省生産動態統計年報　化学工業統計編』]</ref>。実験室レベルで的製法は[[石灰石]]に薄い希[[塩酸]]を加えるか、[[炭酸水素ナトリウム]]をの加熱することで発生させる。[[清涼飲料水]]で使用する炭酸ガスも石油由来のものを回収して使用していある。

[[イギリス]]では、[[アンモニア]]を製造する際の副産物を利用している<ref>{{Cite web |date= 2018.-06.-28 |url= https://www.cnn.co.jp/business/35121589.html |title= W杯観戦のビールが飲めない?炭酸ガス不足、英で業界を直撃 |publisher= [[CNN (アメリカの放送局)|CNN]] |accessdate=2018-06-30}}</ref>。

* [[フロン類|フロン]]系[[冷媒]]の代替として、CO<{{sub>|2</sub>}} [[冷媒]][[コンプレッサ]]が主に[[自動販売機]]などで実用化されつつあるが、高圧にする必要があるため費用面での課題が残る。またり、エネルギー効率も悪い。

* 鮮農産物のCA貯蔵（controlled (controlled atmosphere storage）storage) にも二酸化炭素が使用される。<!--二酸化炭素の役割は生鮮農産物から発生する[[エチレン]]の後熟作用を抑制するためで、エチレンの[[酵素]]反応に於ける[[酵素阻害剤]]の中の[[拮抗阻害(競争阻害,competitive inhibition)]]剤として作用すると推定される（村田敏、農産物貯蔵の基本原理、冷凍、vol.72,no.832,1997）。-->

* 冷却用ドライアイスとして広く用いられている。またドライアイスとエタノールとの混合物は寒剤として利用できる。

* [[げっ歯類]]や小動物などの動物を[[殺処分]]する方法にも使われる。通常は[[麻酔]]状態になった後に意識を喪失し、そのまま死に至るため[[安楽死]]の手段として使われる。十分な時間、二酸化炭素に曝露した上で、心肺停止を確認する必要がある。新生子は[[酸素]]に対する[[ヘモグロビン]]の親和性が高いため、15分以上かかることもある<ref>[http://www.med.akita-u.ac.jp/~doubutu/ouu/euthanasia2.html 安楽死法] 動物実験手技</ref>。

* ドライアイスは[[昇華 (化学)|昇華]]時に白煙を生じることから、舞台やパレードでの演出などでも用いられる。これを放送業界などでは俗に「炭ガス」と呼ぶ。この白煙は二酸化炭素そのものではなく、雰囲気の温度低下に伴いより空気中の水分が[[氷結]]して見えするものからである。

[[ファイル画像:CO2-Mauna-Loa.png|300px|right|thumb|[[ハワイ島]][[マウナ・ロア山|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 310 [[ppm]] 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、冬と夏とで植物が吸収する二酸化炭素の量が異なるためである。植物が枯れる冬は、夏に比べ植物の二酸化炭素の吸収量は低下する）。]]

二酸化炭素の[[温室効果]]は、同じ体積あたりでは[[メタン]]や[[フロン類|フロン]]に比べ小さいものの、排出量が莫大であることから、[[地球温暖化]]の最大の原因とされる。
{{seealsoSee also|地球温暖化の原因}}

その手法は多岐に亘る。[[エネルギー]]や農業・[[畜産業]]など人為起源の二酸化炭素の排出量を抑制する努力、および[[森林]]の維持・育成や[[二酸化炭素貯留|二酸化炭素回収貯留]]（CCS） (CCS) 技術の開発など、二酸化炭素を固定する努力が進められている。また[[排出量取引|排出権取引]]などを活用して、世界的に二酸化炭素の排出量を削減を促進する努力も行われている。
{{seealsoSee also|地球温暖化への対策}}

二酸化炭素濃度は様々な研究機関によって世界各地で測定されているが、それらは必ずしも統一的な基準で測定されているとは限らない（つまり各測定値の比較可能性が保証されていない場合がある）。世界気象機関（WMO） (WMO) の[[全球大気監視計画|全球大気監視]]（Global (Global Atmosphere Watch）Watch) プログラムは世界各地で統一した基準や手法で二酸化炭素濃度を含む様々な[[地球の大気]]成分の測定を行っている<ref>{{Cite journal |author=堤 之智 |year=2017 |title=新たなWMO/GAW 実施計画：2016－2023について |journal=天気 |volume=64 |page=607-614}}</ref>。そして、それを用いた世界平均された二酸化炭素濃度は、[https://www.data.jma.go.jp/env/info/wdcgg/wdcgg_bulletin.html WMO温室効果ガス年報]（[https://public.wmo.int/en/resources/library/wmo-greenhouse-gas-bulletin WMO Greenhouse Gas bulletin]）で発表されている。これは[[気候変動枠組条約|気候変動枠組み条約]]の締約国会議に合わせて毎年1回刊行され、この世界平均濃度は世界の主要メディアによって報道されている。また、全球大気監視プログラムにおける各地の測定データは、[https://gaw.kishou.go.jp/jp/ WMO温室効果ガス世界データセンター]（World (World Data Centre for Greenhouse Gases）Gases) から無償で公開されている（データを利用する場合には利用ポリシーに従う必要がある）。このデータセンターはWMOから委託を受けて日本の[[気象庁]]が運営している。

上記のような地球温暖化を抑制するため、二酸化炭素の新たな排出を減らす努力だけでなく、[[工場]]・[[火力発電所]]などの排気に含まれる二酸化炭素の回収（前述のCCS）のほか、[[直接空気回収技術|大気からの二酸化炭素回収]]（DAC=Direct Air Capture、, ダイレクト・エア・キャプチャー）により、大気から切り離す技術が開発されている。二酸化炭素の新たな排出抑制だけでは地球温暖化の緩和には不十分で、植林による[[光合成]]促進やCCS、DACといった「負の排出」（ネガティブ・エミッション）が必要という危機感が技術開発の背景にある。DACは[[アメリカ合衆国]]や[[カナダ]]、[[スイス]]など15カ所の施設があり（2021年時点）、日本も『グリーン成長戦略』で2050年の実用化を掲げた。スイスのクライムワークスのように[[排出権取引]]を利用して既に商業化した企業も登場している。DACには以下の方式がある<ref>【サイエンスReport】挑戦 カーボンゼロ／CO2削減 究極の技術「DAC」海外で商業化『[[読売新聞]]』朝刊2021年9月5日くらしサイエンス面</ref>。

* {{ill2|カルバミノヘモグロビン|en|Carbaminohemoglobin}} - 二酸化炭素が[[ヘモグロビン]]のアミノ基と結合した形態。血中二酸化炭素輸送の約23％23%がこの形態で、70％70%が[[炭酸脱水酵素]]で変換された[[炭酸水素塩|炭酸水素イオン]]、7％7%が二酸化炭素として[[血漿]]に溶け込んだ状態で肺に送られる。