EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-6: Übertragung – Umgang mit Materie 127 127 Kohlensäure – Kohlenstoffdioxid Kohlensäure – H 2 CO 3 und Kohlenstoffdioxid – CO 2 Kohlenstoffdioxid wird umgangssprachlich oft als Kohlensäure bezeichnet. Es ist aber ein farbloses in geringer Konzentration geruchloses Gas und bildet 0,04 % (400 ppm) der Atmosphäre. Erfrischungsgetränke Kohlensäure ist den meisten Menschen von den Erfrischungsgetränken bekannt. Sie entsteht durch das Auflösen von Kohlenstoffdioxid in Wasser. Allerdings ist Kohlensäure selbst keine stabile Verbindung. Nur etwa 0,2 % des gelösten CO 2 liegt als Kohlensäure vor, der Rest ist rein physikalisch gelöst. Kohlensäure selbst wäre eigentlich eine gar nicht so schwache Säure. Im p K A -Wert von 6,46 ist das Gleichgewicht zwischen CO 2 und H 2 O mit H 2 CO 3 berücksichtigt. In Erfrischungsgetränken wird CO 2 unter Druck im Wasser gelöst, um höhere Säurekonzentrationen zu erzielten. Lässt man das Getränk offen stehen, so ent- weicht Kohlenstoffdioxid. In Österreich wird (lt. Codex Alimentarius Austriacus) Wasser mit (mindestens 4 g/L) CO 2 als Sodawasser (oder kurz Soda) bezeichnet. Eigentlich ist Sodawasser eine irreführende Bezeichnung, da Soda der Trivialna- me von Natriumcarbonat ist, und eine Sodalösung eher zum Geschirrspülen als zum Trinken geeignet wäre. Bildung von Kohlenstoffdioxid Kohlenstoffdioxid ist das Endprodukt des Kohlenstoffanteils der Nahrung im Stoffwechsel. Ausgeatmete Luft enthält etwa 4 % CO 2 . Es entsteht auch bei der Verbrennung aller fossiler Energieträger. Daher hat sein Anteil an der Luft seit Beginn der Industrialisierung von 280 ppm auf den heutigen Wert zugenommen. Auch bei der alkoholischen Gärung entsteht Kohlenstoffdioxid. Da das Gas eine deutlich höhere Dichte als Luft hat (siehe Gasgesetze S. 76), kann es bei man- gelnder Belüftung Weinkeller großteils ausfüllen. Es ist zwar in geringeren Kon- zentrationen ungiftig, überschreitet seine Konzentration allerdings ca. 8 – 10 %, so führt es rasch zu Bewusstlosigkeit und schließlich zum Tod. So begründen sich tödliche Gärgasunfälle. Verwendung Da Kohlenstoffdioxid die höchst oxidierte Form des Kohlenstoffs ist, ist es un- brennbar und kann als Feuerlöschmittel verwendet werden. Es lässt sich unter Druck (ca. 60 bar) verflüssigen, liegt also im Feuerlöscher flüssig vor. Beim Ent- spannen kühlt es stark ab und wird bei einer Temperatur von –78,5 °C fest. Im Festzustand wird es Trockeneis genannt. Der Trockeneislöscher versprüht also festes CO 2 . Das kühlt den Brandherd und verhindert nach dem Verdampfen den Zutritt von Luft. Reste des Löschmittels sublimieren rückstandsfrei, was Schä- den durch Wasser oder Löschpulver wie bei anderen Systemen vermeidet. Tro- ckeneis dient auch als Kühlmittel bei chemischen Reaktionen, wenn beteiligte Stoffe oder Produkte sehr temperaturlabil sind. Beim Lagern von Obst wird durch CO 2 ein Schutzgaseffekt erzielt. Äpfel verat- men bei der Lagerung an Luft ihren Zucker. Lagert man sie unter erhöhter CO 2 - Konzentration, so sind sie lange haltbar (CO 2 -Lager). Auch verderbliche Lebens- mittel werden heute oft unter Schutzgas verpackt, um eine längere Haltbarkeit zu erzielen. Treibhausgas Kohlenstoffdioxid ist ein guter Absorber von Wärmestrahlung. Dies ist der Grund, weshalb es als Treibhausgas wirkt und einen bedeutenden Einfluss auf das Klima der Erde hat. Abb. 127–1: Kohlensäure-Gleichgewichte im Wasser Abb. 127–2: Der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre in den letzten 2 Jahrhunderten CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H 3 O + + HCO 3 – 2 3 4 1800 1900 2000 CO 2 -Gehalt der Atmosphäre in ppm W&L W&L CO 2 Biomasse Wasser Atmosphäre Abb. 127–3: Quellen von CO 2 und Bindung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv