Kohlenstoffdioxid

[Bild:] Strukturformel Kohlendioxid

Kohlenstoffdioxid ist ein farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas. Die chemische Formel lautet CO₂.

Der korrekte Name ist Kohlenstoffdioxid, da die Verbindung ein Oxid des Elements Kohlenstoff und nicht der (lediglich kohlenstoffhaltigen) Kohle ist. Der Ausdruck Kohlendioxid (oder sogar Kohlensäure) ist aber als Trivialname gebräuchlich.

Das Molekül ist linear aufgebaut (siehe Abbildung) und besitzt kein elektrisches Dipolmoment, so dass es unpolar ist.

Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Auch im Organismus entsteht Kohlenstoffdioxid als Nebenprodukt der Zellatmung. Das CO₂ wird dabei über den Atem abgegeben. Umgekehrt verwenden Pflanzen bei der Photosynthese Kohlenstoffdioxid, um Glukose zu produzieren und ihre Biomasse aufzubauen.

In Wasser gelöstes Kohlenstoffdioxid bildet Kohlensäure H₂CO₃, wobei aber ca. 99% des Kohlendioxids nur physikalisch gelöst sind. Die Kohlensäure als solche liegt jedoch praktisch nicht als Molekül vor, sondern ist dissoziiert in H⁺, HCO₃⁻und CO₃²⁻, die je nach Druck oder Temperatur und vor allem pH-Wert in wechselnden Verhältnissen miteinander im Gleichgewicht stehen. Fängt man die Hydronium-Ionen (H⁺, eigentlich aber H₃O⁺) unter Zugabe von Hydroxidionen (OH⁻) ab, so löst sich Kohlenstoffdioxid in der Lauge vollständig unter Bildung von Carbonaten.

• Dichte bei 0°C und 1,01325 bar: 1,98 kg/m³
• Sublimationspunkt: −78,5 °C
• kritische Temperatur: 31,0 °C
• kritischer Druck: 74,0 bar

Verwendung

Kohlenstoffdioxid findet im festen Aggregatzustand unter der Bezeichnung Trockeneis Anwendung in der Technik.

Trockeneis schmilzt nicht, sondern sublimiert bei −78 °C.

Bei der Sublimation entsteht ein weißer Nebel aus dem kaltem CO₂-Luft-Gemisch und kondensierender Luftfeuchtigkeit, der als Effekt in der Bühnentechnik Einsatz findet.

Viele Getränke enthalten Kohlenstoffdioxid. Bei manchen Getränken entsteht es durch Gärung (Bier, Sekt), bei anderen wird es künstlich zugesetzt (Limonade, Sodawasser) oder es wird kohlenstoffdioxidhaltiges natürliches Mineralwasser verwendet.

Kohlenstoffdioxid kommt auch in Feuerlöschern zum Einsatz, da es Sauerstoff vom Brandherd verdrängt (siehe auch Brandbekämpfung, Löschmittel).

Kohlenstoffdioxid wird als Dünger in Gewächshäusern eingesetzt. Der Grund ist der CO₂-Mangel durch ungenügenden Luftaustausch, besonders im Winter bei geschlossener Lüftung. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid entweder direkt als reines Gas (rel. teuer) oder als Verbrennungsprodukt aus Propan oder Erdgas verwendet (Kopplung von Düngung und Heizung). Auch durch Zuführung von organischer Substanz wird der CO₂-Gehalt erhöht. Die mögliche Ertragsteigerung ist abhängig davon, wie stark das CO₂ im Minimum steht, und wie hoch die Lichtintensität ist (Wirksamkeit steigt mit zunehmendem Lichtangebot).

In zunehmenden Maße kommt Kohlenstoffdioxid als natürliches Kältemittel in Klimaanlagen(Klimaanlage) zum Einsatz.

Treibhauseffekt und Globale Erwärmung

Durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern (Erdöl, Erdgas, Kohle) wird CO₂ frei.

Durch die erhöhte Verwendung solcher Energieträger in den Industrieländern kommt es zu einem Anstieg des CO₂-Gehaltes in der Atmosphäre (seit Beginn der Industrialisierung von 280 ppm um etwa ein Drittel auf 380 ppm im Jahr 2004) und damit zu einer zunehmenden Erwärmung der Erdatmosphäre (Treibhauseffekt, Globale Erwärmung). Eine 2004 veröffentlichte Untersuchung US-amerikanischer Klimaforscher ergab, dass der CO₂-Anteil in den letzten zehn Jahren immer schneller anwuchs und ein neues Rekordniveau erreichte. Als Ursache wird unter Anderem auf die stark anwachsende Industrie Asiens verwiesen.

Neben der CO₂-Reduktion werden auch Verfahren zur CO2-Sequestrierung diskutiert und untersucht.

Weblinks

• http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/csaeure/kohlensaeure.htm

Siehe auch: Pasteur-Effekt