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CO2分子形狀是直線形的，其結構曾被認為是：O=C=O。但CO2分子中碳氧鍵鍵長為116pm，介于碳氧雙鍵（鍵長為124pm）和碳氧三鍵（鍵長為113pm）之間，故CO2中碳氧鍵具有一定程度的叁鍵特征。

現代科學家一般認為CO2分子的中心原子C原子采取sp雜化，2條sp雜化軌道分別與2個O原子的2p軌道（含有一個電子）重疊形成2條σ鍵，C原子上互相垂直的p軌道再分別與2個O原子中平行的p軌道形成2條大π鍵。

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二氧化碳氣體是大氣組成的一部分（約占大氣總體積的0.03%），在自然界中含量豐富，其產生途徑主要有以下幾種：①有機物（包括動植物）在分解、發酵、腐爛、變質的過程中都可釋放出二氧化碳。②石油、石臘、煤炭、天然氣燃燒過程中，也要釋放出二氧化碳。③石油、煤炭在生產化工產品過程中，也會釋放出二氧化碳。④所有糞便、腐植酸在發酵，熟化的過程中也能釋放出二氧化碳。④所有動物在呼吸過程中，都要吸氧氣吐出二氧化碳。