Kohlenstoffdioxid CO2
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Farb- und
geruchloses Gas
Vorkommen
in der Luft (0,03%),
im Wasser gelöst,
Stoffwechsel der Lebewesen |
Molmasse
44,010 g/mol
AGW
5000 ml/m3 (TRGS 900)
Dichte 1,9767
g/l (Gas, 0° C, 1013 hPa)
(CO2 : Luft =
1,53)
Sublimationspunkt
-78,464 °C
Wasserlöslichkeit
Konz. bei 25°C 1,501
g/l |
Piktogramm
GHS 04
Achtung |
Gefahrenklasse
+ Kategorie
Gase unter Druck, verdicht.
Gas |
HP-Sätze
(siehe Hinweis)
H 280
P 410+403
Entsorgung
Lüftung, Flaschen zum Depot |
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Deutscher Name |
Englischer Name |
| CAS
124-38-9 |
Kohlenstoffdioxid
Kohlendioxid |
Carbon dioxide
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Wirkung auf den menschlichen Körper
In verdünnter Form
mit Luft ist Kohlenstoffdioxid völlig ungiftig. Zu hohe Gehalte in
der Atemluft sind jedoch gefährlich. Bei Volumenkonzentrationen zwischen
3-5% beginnt man schnell zu atmen. Dieses Phänomen der Hyperventilation
wird in Wiederbelebungsgeräten oder bei Kohlenstoffmonooxidvergiftungen
bewusst ausgenutzt, um das Atmungszentrum zu beschleunigen. Ab einer Konzentration
von 6% besteht aber die Gefahr der Bewusstlosigkeit, noch höhere Konzentrationen
wirken tödlich. |
Eigenschaften
Kohlenstoffdioxid ist
ein farb- und geruchloses Gas mit einem schwach säuerlich schmeckenden
Geschmack. In einem Liter Wasser kann man etwa 880ml Kohlenstoffdioxid
auflösen. Das Gas ist schwerer als Luft und kann in einem offenen
Behälter eine Weile aufbewahrt werden. Es unterhält die Verbrennung
nicht, Flammen erlöschen bei Volumenkonzentrationen von 8-10% Kohlenstoffdioxid
in der Luft.
Kohlenstoffdioxid
und Kerzenflamme
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Eine Kerzenflamme erstickt
in einem Behälter mit CO2
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Brennendes Magnesium
in Trockeneis
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Ein Magnesiumband brennt
auch in Trockeneis weiter.
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erhältlich auf >DVD
Bei 20°C kann es
bei 55,4 bar zu einer farblosen, leicht beweglichen Flüssigkeit verflüssigt
werden. Vermindert man den Druck rasch, entsteht so viel Verdunstungskälte,
dass die Temperatur auf weniger als -80°C abkühlt und fester Kohlensäureschnee
entsteht, der unter dem Namen Trockeneis bekannt ist. Dieser Schnee bildet
sich auch bei der Verwendung von kohlenstoffdioxidhaltigen Feuerlöschern.
Trockeneis geht bei -78,48°C sofort in gasförmiges Kohlenstoffdioxid
über. Dieses Phänomen, des Überspringens der flüssigen
Zustandform, wird als Sublimation bezeichnet.
Beim Erhitzen ist das
gasförmige Kohlenstoffdioxid sehr beständig. Erst oberhalb von
2000°C spaltet es sich allmählich in Kohlenstoffmonooxid
und Sauerstoff:
CO2
CO + 1/2 O2
DHR
= +282 kJ/mol
Durch unedle Metalle,
z.B. mit Magnesium, wird Kohlenstoffdioxid
zu Kohlenstoff reduziert:
CO2 +
2 Mg 2 MgO
+ C DHR
= -809 kJ/mol
Aus diesem Grunde brennt
ein Magnesiumband in einem mit Kohlenstoffdioxid gefüllten Behälter
weiter. Mit Wasserstoff kann CO2
bei hohen Temperaturen sogar zu Methan reduziert
werden.
Kohlenstoffdioxid ist
gut wasserlöslich, es löst sich unter Bildung von Kohlensäure:
CO2 +
H2O
H2CO3
Mineralwasser und
Sprudelgas
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Das Sprudeln im Mineralwasser
zeigt
Kohlenstoffdioxid an
,das aus dem Wasser austritt.
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Man erhält eine
schwache Säure, die in der Getränkezubereitung häufig verwendet
wird. Die Salze dieser Säure heißen Carbonate.
Man erhält bei der Neutralisation
von Kohlensäure
mit Natronlauge zunächst Natriumhydrogencarbonat,
dann Natriumcarbonat (Soda):
H2CO3
+ NaOH
NaHCO3 + H2O
NaHCO3
+ NaOH
Na2CO3 + H2O
Das entstehende Natriumcarbonat
setzt mit Säuren wie Salzsäure wieder
Kohlenstoffdioxid frei:
Na2CO3
+ 2 HCl
NaHCO3 + HCl + NaCl
NaHCO3
+ HCl
H2CO3 + NaCl
H2CO3
CO2 + H2O
Ähnliche Kreislaufreaktionen
finden beim Kalkkreislauf statt. Kohlenstoffdioxid
entsteht auch bei der Verbrennung vieler organischer Verbindungen und fossiler
Brennstoffe (siehe Kohlenstoffkreislauf).
Die Verfeuerung fossiler Brennstoffe führt zu einem Anstieg des weltweiten
Kohlenstoffdioxidgehalts in der Atmosphäre und ist Verursacher für
den Treibhauseffekt. Insofern ist die
genaue Kenntnis über die Ursachen und Wirkungen bei Kreislaufreaktionen
mit Kohlenstoffdioxid von großer Bedeutung.
Der chemische Nachweis
von Kohlenstoffdioxid im Labor erfolgt mit Kalkwasser, einer Lösung
von Calciumhydroxid in Wasser. CO2
erzeugt bei der Einleitung in Kalkwasser (oder auch in eine wässrige
Lösung von Bariumhydroxid) eine weiße
Trübung, dabei fällt wasserunlöslicher Kalk
aus:
Ca(OH)2
+ CO2
CaCO3 + H2O
Nachweis von Kohlenstoffdioxid
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Beim Einleiten von Kohlenstoffdioxid
in Kalkwasser
entsteht eine weiße
Trübung.
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Herstellung
Im Labor wird Kohlenstoffdioxid
aus Calciumcarbonat, bzw. aus Marmorbrocken
und Salzsäure hergestellt:
CaCO3 +
2 HCl CaCl2
+ H2O + CO2
In der Industrie bilden
sich riesige Mengen an CO2 bei der Verfeuerung von Brennstoffen,
es entsteht beim Kalkbrennen, bei
Gärungsprozessen (z.B. bei der biochemischen Ethanolherstellung,
bei Fäulnisprozessen (z.B. in der Kläranlage). CO2
kommt in größeren Mengen auch aus natürlichen Quellen,
z.B. bei Vulkangasen oder Kohlensäurequellen. Tiere und Menschen erzeugen
es im Atmungsprozess.
Zur industriellen Gewinnung
von reinem Kohlenstoffdioxid nimmt man das bei der Kohleverbrennung anfallende
Gas und reinigt es danach:
C + O2
CO2 DHR
= -393 kJ/mol
Das anfallende CO2
wird in wasserberieselten Waschtürmen von Staub und Schwefeldioxid
gereinigt und dann unter Druck in eine wässrige Pottaschenlösung
gepresst:
K2CO3
+ H2O + CO2
2 KHCO3
Durch Erwärmung
des Kaliumhydrogencarbonats erhält man wieder CO2, das
einen Reinheitsgrad von ca. 99,9% besitzt. Damit es für Getränke
verwendet werden kann, muss es noch weiter mit Aktivkohle gereinigt werden.
Zum Transport und für den Handel wird es in grauen Druckflaschen verflüssigt. |
Verwendung
Kohlenstoffdioxid ist
als Sprudelgas in Mineralwässern, Limonaden, Softdrinks und alkoholischen
Getränken weit verbreitet. Als Trockeneis
wird es zum Kühlen von Lebensmitteln verwendet. Im Labor dient das
Trockeneis zum Abkühlen bei chemischen Reaktionen, in der Kältetechnik
zum Verflüssigen von Gasen. Der Nebel in Diskotheken und auf Bühnen
wird aus verflüssigtem Kohlenstoffdioxid erzeugt. Kohlenstoffdioxid
ist in Feuerlöschern enthalten,
die Löscher produzieren einen Schaum, der mit dem Gas gefüllt
ist. Beim Schutzgas-Schweißen
wird es als Schutzgas vor der Atmosphäre eingesetzt. Die chemische
Industrie benötigt das Gas zur Herstellung von Carbonaten
wie Soda und Pottasche,
Harnstoff oder Salicylsäure.
In CO2-Lasern befindet es sich zusammen mit anderen Gasen
wie Stickstoff und Helium in der Entladungsröhre.
Kohlenstoffdioxid-Löscher
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Durch das Betätigen
des Feuerlöschers entweicht flüssiges
Kohlenstoffdioxid,
das durch den Druckabfall sofort
gefriert, wobei sich
Kohlenstoffdioxid-Schnee bildet.
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Versuche
mit Kohlenstoffdioxid
Versuche
mit Trockeneis
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