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1850年，爱尔兰物理化学家安德鲁斯（即托马斯·安德鲁斯，Thomas Andrews，1813年—1885年）开始对二氧化碳的超临界现象进行研究，并于1869年测定了二氧化碳的两个临界参数：超临界压强为7.2MPa，超临界温度为304.065K（二者在2013年的公认值分别为7.375MPa和303.05K）。

1896年，瑞典化学家阿累尼乌斯（即斯万特·奥古斯特·阿累尼乌斯，Svante August Arrhenius，1859年—1927年）通过计算指出，大气中二氧化碳浓度增加一倍，可使地表温度上升5～6℃。

20世纪50年代初，苏联、日本等国学者通过研究成功地将二氧化碳气体应用于焊接，由此产生了二氧化碳气体保护焊。

CO2分子形状是直线形的，其结构曾被认为是：O=C=O。但CO2分子中碳氧键键长为116pm，介于碳氧双键（键长为124pm）和碳氧三键（键长为113pm）之间，故CO2中碳氧键具有一定程度的叁键特征。

现代科学家一般认为CO2分子的中心原子C原子采取sp杂化，2条sp杂化轨道分别与2个O原子的2p轨道（含有一个电子）重叠形成2条σ键，C原子上互相垂直的p轨道再分别与2个O原子中平行的p轨道形成2条大π键。