Кратко по пунктам.

1) Электронное строение и связи

Льюисова структура: O=C=O (по одной двойной связке с каждой кислородной атомом). В устойчивой структуре все атомы формально нейтральны.Каждая C=O двойная связь состоит из σ‑ и π‑компонент: σ — перекрывание гибридных орбиталей, π — перекрывание неподразделённых p‑орбиталей.

2) Гибридизация

У атома углерода — sp‑гибридизация: у С два sp‑орбиталя направлены в противоположные стороны (180°) и формируют σ‑связи с кислородами; две оставшиеся p‑орбитали на С образуют две π‑системы (по одной для каждой C=O).У каждого кислорода — примерно sp2‑гибридизация: одно sp2‑орбиталь участвует в σ‑связи с C, две содержат неподелённые электронные пары; оставшаяся p‑орбиталь образует π‑связь с C.

3) Геометрия и отсутствие постоянного диполя

Геометрия: линейная, угол O–C–O = 180°, потому что у C два электронных «облака» (две области связи) — VSEPR даёт линейную форму.Полярность: каждая связь C=O полярна (O более электроотрицательно), но два связанных направления строго противоположны, поэтому векторные моменты диполей взаимно компенсируются и у молекулы нет постоянного диполя. Тем не менее у CO2 есть квадрупольный момент и распределение заряда не полностью однородно.

4) Почему CO2 поглощает инфракрасное излучение

Для поглощения ИК важна вибрация, которая сопровождается изменением дипольного момента молекулы. Хотя у CO2 нет постоянного диполя, некоторые её вибрационные моды изменяют мгновенный диполь и потому IR‑активны.Важные нормальные моды CO2:
Симметричное растяжение (оба C–O одновременно удлиняются/укорачиваются): не изменяет диполь — IR‑неактивно (но Raman‑активно). Частота ≈ 1333 см−1.Ассиметричное растяжение (одна связь укорачивается, другая удлиняется): меняет диполь — сильная IR‑линия ≈ 2349 см−1 (≈4.3 μm).Двухкратное изгибание (две вырожденные моды в перпендикулярных плоскостях): меняют диполь — сильная IR‑линия ≈ 667 см−1 (≈15 μm).Эти IR‑активные полосы лежат в спектральной области теплового излучения Земли (особенно ≈15 μm), поэтому CO2 эффективно поглощает тепловое излучение поверхности.

5) Почему это делает CO2 парниковым газом

Молекулы CO2 в атмосфере поглощают ИК‑фотоны, излучаемые земной поверхностью, возбуждают вибрационные уровни. В возбужденном состоянии энергия либо снова испускается как фотон (в произвольном направлении — часть вниз к поверхности возвращается), либо передаётся столкновениями молекулам воздуха (нагрев).В сумме это приводит к уменьшению потока ИК‑излучения, утекающего в космос, и к повышению температуры нижних слоёв атмосферы и поверхности.Дополнительные факторы эффективности: полосы CO2 занимают «окна» земного излучения; при росте концентрации линии расширяются (давлением), поэтому даже при частичном насыщении центров полос добавочное поглощение в «крылах» остаётся значимым. CO2 долговременен в атмосфере и хорошо перемешивается, поэтому его изменение влияет на радиационный баланс глобально.

Если нужно, могу показать энергетические уровни и соответствующие длины волн/волновые числа подробнее или показать схему орбиталей и типов связей.