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高纯二氧化碳在二氧化碳分子中，碳原子的成键方式是sp杂化轨道与氧原子成键。碳原子的两个sp杂化轨道分别与两个氧原子生成两个σ键。碳原子上两个没有参加杂化的p轨道与成键的sp杂化轨道成90°的直角，并同氧原子的p轨道分别发生重叠，故缩短了碳氧键的间距。
二氧化碳平均约占大气体积的387ppm。大气中的二氧化碳含量随季节变化，这主要是由于植物生长的季节性变化而导致的。当春夏季来临时，植物由于光合作用消耗二氧化碳，其含量随之减少；反之，当秋冬季来临时，植物不但不进行光合作用，反而制造二氧化碳，其含量随之上升。
高纯二氧化碳常压下为无色、无臭、不助燃、不可燃的气体。二氧化碳是一种温室气体因为它发送可见光，但在强烈吸收红外线。二氧化碳的浓度于2009年增长了约二百万分之一.