És anomenat també anhídric carbònic o gas carbònic. És present en la natura com a component menor de l’atmosfera, en la proporció del 0,03% en volum, la qual proporció es mantenia sensiblement constant malgrat el cicle de transformacions a les quals és sotmès, com la fotosíntesi i la respiració però que des del 1750, ha augmentat la seva concentració a l’atmosfera en un 31% degut a que és un dels gasos d’efecte hivernacle. ; també és present en gasos volcànics, en mescles gasoses de mines d’hulla o de grutes i dissolt a pressió en nombroses aigües minerals, de les quals es desprèn quan arriben a l’aire lliure i s’ha observat que quantitats importants de diòxid de carboni són alliberades en les erupcions límniques. Aquest fenomen, estudiat en els llacs Nyon i Monoun, al Camerun, situats en l’antic cràter d’un volcà consisteix en que les emanacions de diòxid de carboni queden atrapades en les capes d’aigua inferiors fins que se'n trenca l’equilibri i el gas s’allibera de cop i volta a l’atmosfera. Aquest alliberament sobtat de diòxid de carboni provocà el 1986 més de 1 300 víctimes. Fou descobert per Jan Baptista van Helmont (1630) i analitzat per Antoine Laurent Lavoisier (1783). És obtingut industrialment com a subproducte en diverses indústries: síntesi de l’amoníac, fermentació alcohòlica dels sucres, fabricació de la calç i dels ciments; hom el separa dels gasos amb els quals és barrejat per dissolució en l’aigua a pressió i descomprimint després la solució. Al laboratori és produït per acció de l’àcid clorhídric sobre carbonat de calci o, si hom el desitja pur, descomponent el bicarbonat de sodi per la calor: 2NaHCO₃ → NaCO₃ + H2O + CO2. La seva densitat respecte a l’aire és 1,53; la temperatura crítica, 31,1°C; la pressió crítica, 7,3 MPa. El seu punt triple correspon a la pressió de 0,5 MPa; se solidifica directament en refredar-lo a -78,5°C (neu carbònica). Comercialment hom el presenta en tubs d’acer on és contingut a una pressió de 5 a 7 MPa. Sense ésser tòxic, el diòxid de carboni no permet la respiració per raons encara no completament conegudes, però hom sap que la seva acció se situa al nivell de la paret pulmonar. És un gas molt estable: la dissociació CO2 ⇌ CO + 1/2O2, ΔH = +285 kj, estudiada per Sainte-Claire Deville (1865), comença solament a una temperatura superior a 1 300°C. El CO2 és reduït a temperatura elevada, pel carboni: CO2 + C ⇌ 2CO, ΔH = +175 kj; també per l’hidrogen: CO2 + H2 ⇌ CO +H2O, ΔH = +42 kj; els metalls reductors (potassi, sodi, magnesi) inflamats el redueixen i continuen cremant-hi dins, per exemple: CO2 + 2Mg →2MgO + C. La solució de diòxid de carboni en aigua és feblement àcida (aigua carbònica). El diòxid de carboni és considerat com a anhídrid de l’àcid carbònic H2CO₃. És emprat com a fluid de refrigeració, com a intermediari químic per a obtenir atmosferes inertes, com a càrrega d’extintors d’incendis i d’aerosols. Hom l’empra en la indústria química com a primera matèria de la fabricació de la sosa pel procediment Solvay; i també en la indústria sucrera i en la preparació d’aigües i begudes carbòniques.
El diòxid de carboni en l’organisme humà
El diòxid de carboni intervé en el manteniment del pH sanguini; constitueix, sota la forma de bicarbonat sòdic, la reserva alcalina, i és un important factor regulador de la ventilació pulmonar. Solament una part del CO2 metabolitzat és eliminada en els pulmons durant l’expiració. El CO2 sanguini, procedent dels teixits, es troba dissolt en forma d’àcid carbònic, unit a l’hemoglobina i en forma d’ió bicarbonat. L’hemoglobina intervé també indirectament en el transport del CO2, car en els teixits és menys àvida d’oxigen i afavoreix la fixació de CO2, i en els capil·lars pulmonars augmenta l’avidesa d’oxigen i afavoreix l’alliberació de CO2. L’anhidrasa carbònica, un enzim present en els eritròcits, accelera notablement l’alliberació de CO2 a partir de l’ió bicarbonat. Una excessiva eliminació de CO2 en el curs d’una hiperpnea dóna lloc a una alcalosi.