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Kohlensäure und Carbonate
Kohlenstoffdioxid
Ammoniumcarbonat Calciumcarbonat Kaliumcarbonat
Magnesiumcarbonat Natriumcarbonat
Natriumhydrogencarbonat
 
Durch Klicken auf die Flaschen können die Datenblätter abgerufen werden.
 

1. Kohlensäure
 
Wenn man eine Flasche Mineralwasser "mit Gas" genau beobachtet, kann man aufsteigende Bläschen sehen. Besonders verstärkt wird der Effekt, wenn man die Flasche schüttelt, das Wasser erwärmt oder einfach ein Glas damit füllt. Beim Trinken verspürt man einen "Sprudeleffekt", das Mineralwasser schmeckt leicht sauer. Auch beim Coca Cola kann man ähnliche Phänomene beobachten.


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Mit einem geeigneten pH-Indikator lässt es sich nachweisen
, dass Mineralwasser "mit Gas" leicht sauer reagiert und darin eine Säure enthalten sein muss. Der pH-Wert liegt zwischen 6 und 7. Die enthaltene Säure wird als Kohlensäure bezeichnet. Kann man auch die Kohlensäure vom Wasser abtrennen?
  • Beim längeren Erhitzen oder Schütteln Erhitzen wird das gesamte Gas ausgetrieben. Leitet man das Gas in Kalkwasser, trübt sich dieses. Dies weist darauf hin, dass es sich bei dem Gas um Kohlenstoffdioxid handelt.
  • Alle im Schul-Labor üblichen Trennungsmethoden scheitern, um die Kohlensäure in Reinform darzustellen. Man erhält immer nur Wasser und Kohlenstoffdioxid: Beim Austreiben des Gases aus dem Wasser zerfällt die Kohlensäure immer in diese beiden Stoffe.
  • Nur Wissenschaftlern ist es unter großem Aufwand gelungen, bei ganz tiefen Temperaturen unter völligem Ausschluss von Wasser und Metallsalzen die Kohlensäure in Reinform darzustellen.

Sodaclub

Gerät mit Flasche und Kohlenstoffdioxidpatrone
zur Herstellung eines eigenen Sprudelwassers



Mit den im Haushaltswarenbedarf erhältlichen Geräten oder Siphonflaschen
kann man sich sein eigenes "Sprudelwasser" herstellen. Dabei wird Wasser zusammen mit Kohlenstoffdioxid aus einer Patrone unter Druck gesetzt. Sobald eine Sättigung erreicht ist, geht nichts mehr. Dies kann so erklärt werden: Wenn das Kohlenstoffdioxid mit Wasser reagiert, entsteht Kohlensäure H2CO3. Dabei stellt sich ein Gleichgewicht ein. Dieses wird durch den Gleichgewichtspfeil verdeutlicht:
 
CO2  +  H2im Gleichgewicht zu   H2CO3 
 
Das Gleichgewicht liegt stark auf der linken Seite. Die Kohlensäure ist also nur eine sehr schwache Säure. Für einen Chemiker ist der Säurecharakter der Kohlensäure daran zu erkennen, dass sie Protonen abgeben kann. Die Kohlensäure kann sogar zwei abgeben:

(1.)  Abgabe des ersten Protons:  H2CO3  +  H2im Gleichgewicht zu    H3O+  +  HCO3


(2.)  Abgabe des zweiten Protons:  HCO3  +  H2im Gleichgewicht zu   H3O+  +  CO3 2− 
 

Die Abgabe der Protonen erfolgt bei der Kohlensäure in zwei Schritten. Im ersten Schritt erhält man ein Hydronium-Ion H3O+ und ein Hydrogencarbonat-Ion HCO3, im zweiten Schritt ein weiteres Hydronium-Ion H3O+ und ein Carbonat-Ion CO3 2−. Aus Kohlensäure lassen sich zwei verschiedene Salze gewinnen: Die Hydrogencarbonate mit dem Anion HCO3 erschließen sich aus dem ersten Schritt der Gleichung, die Carbonate mit dem Anion CO3 2− aus dem zweiten Schritt.

Auch im Grundwasser ist aufgrund des Kalkkreislaufes immer ein geringer Anteil Kohlensäure enthalten. Kohlensäure und Carbonate bilden in den Gewässern ein natürliches Puffersystem.
 
 
2. Hydrogencarbonate
 
Natriumhydrogencarbonat NaHCO3 ist im Haushalt unter der Bezeichnung Natron bekannt. Es wird als Backtriebmittel eingesetzt, da es beim Erhitzen Kohlenstoffdioxid abgibt und so den Teig aufbläht und das Gebäck luftiger macht. Früher wurde Natron auch als Arzneimittel gegen Sodbrennen eingenommen. Dabei reagierte die Magensäure in einer Neutralisation mit dem Natriumhydrogencarbonat unter Bildung von Kohlensäure und Kochsalz.


Natrontabletten

Natronhaltige Tabletten zum Einnehmen gegen Sodbrennen


Brausetabletten enthalten dagegen Natriumhydrogencarbonat und eine Säure im festen Zustand, zum Beispiel Citronensäure. Gibt man Wasser hinzu, bildet sich rasch Kohlenstoffdioxid, das den bekannten Sprudeleffekt auslöst. Der gleiche Effekt lässt sich auch erzielen, wenn man Weinsäure oder Vitamin C verwendet.



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Beim Erhitzen zersetzt sich Natriumhydrogencarbonat zu Natriumcarbonat, Wasser und Kohlenstoffdioxid:
 
2 NaHCO3
reagiert zu   Na2CO3  +  H2O  +  CO2
 
Bei der Reaktion mit einer Säure entstehen unter Aufschäumen Natriumchlorid, Kohlenstoffdioxid und Wasser:

NaHCO3  +  HCl reagiert zu   NaCl  +  CO2  +  H2O   

Die Hydrogencarbonate sind mit Ausnahme des Natriumhydrogencarbonats besser im Wasser löslich als die Carbonate.
Sie spielen bei der Wasserhärte eine entscheidende Rolle. 
 
 
 
3. Carbonate

Das bekannteste Carbonat im Haushalt ist Natriumcarbonat, das auch unter der Bezeichnung Soda bekannt ist. Es wird heute noch zur Seifenherstellung verwendet. Um das Jahr 1878 kam "Henkels Bleichsoda" auf den Markt. Es diente zum Einweichen der Wäsche und zum Enthärten des Wassers. Heute werden andere Waschmittel eingesetzt, die die Wäsche mehr schonen.


Bleichsoda


Soda kommt in der Natur als Mineral vor, und es findet sich in Natron-Seen und Heilquellen. Im Mineralienreich bilden die Carbonate eine große Gruppe: Zu den Carbonat-Mineralien zählen zum Beispiel der Calcit, der Aragonit, der Dolomit, der Cerussit oder der Smithsonit. Die Calcium- und Magnesiumcarbonate sind bei vielen Gebirgen gesteinsbildend, dies ist beim Jura oder bei den Dolomiten der Fall:
  
 
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Die Dolomiten sind aus Dolomit aufgebaut.


Die Alkali-Carbonate sind relativ gut wasserlöslich, während die anderen nur schwer löslich sind. Die wässrigen Lösungen reagieren stark alkalisch: Das Carbonat-Ion CO32- reagiert als Base mit einem Wasser-Molekül zu einem Hydrogencarbonat-Ion und einem Hydroxid-Ion:   
    
CO3 2−  +  H2O
im Gleichgewicht zu   HCO3  +  OH   

Mit starken Säuren zersetzen sich die Carbonate und Hydrogencarbonate unter Bildung von Kohlenstoffdioxid und der entsprechenden Salze. Natriumcarbonat reagiert zum Beispiel mit Salzsäure zu Natriumchlorid, Wasser und Kohlenstoffdioxid:
 
Na2CO3  +  2 HCl reagiert zu   2 NaCl  +  H2O  +  CO2

Die Alkali-Carbonate wie Natriumcarbonat oder Kaliumcarbonat schmelzen in der Hitze, andere wie Calciumcarbonat zerfallen beim starken Erhitzen unter Sauerstoffzufuhr in ein Oxid und Kohlenstoffdioxid. Ein solcher Vorgang findet zum Beispiel beim Kalkbrennen statt.

 
 
Weitere Informationen

Kohlenstoffdioxid
Mineralienportrait Calcit
Der Kalkkreislauf
Calciumcarbonat, ein vielseitiger Stoff
Die Geschichte der Kalknutzung
 
 
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