In der unbelebten Natur spielt Kohlendioxid eine
wichtige Rolle: Das Gas ist entweder Produkt oder Edukt vieler
chemischer Reaktionen in natürlichen und technischen Systemen.
Ebenfalls hat Kohlendioxid in der belebten Natur seinen festen Platz:
Kohlendioxid ist beteiligt an den wichtigsten Stoffwechselvorgängen
unserer Erde, der Fotosynthese und der Atmung.
Geologische Phänomene wie Gesteinsbildung und Vulkanismus haben auch
mit Kohlendioxid zu tun und die Folgen von diesem Gas für unser Klima
und unsere Umwelt sind erheblich.
Schüler werden diesem Gas auch täglich im Haushalt begegnen: als
Packgas, als Aerosol-Treibmittel und in Erfrischungsgetränken.
Kohlendioxid spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Herstellung
von Brot, Alkohol und beim Kuchenbacken. Es findet sich z. B. auch in
Feuerlöschern, die sich in jedem Haushalt befinden sollten.
Kohlendioxid ist ein allgegenwärtiges, farbloses, geruchloses und nicht
brennbares Gas. Die chemische Formel lautet CO2.
0,035% der Luft der Erdatmosphäre bestehen aus Kohlendioxid. Wir atmen
es ständig ein und aus (Anteil der ausgeatmeten Luft ist 4 %) und jeder
Mensch produziert in 24 Stunden durchschnittlich 350 Liter
Kohlendioxid. Das Gas ist in den Kreislauf von Fotosynthese und Atmung
eingebunden und das Gleichgewicht zwischen dem produzierten und dem
verbrauchten CO2 gewährleistet die Existenz der Menschen, Tiere und
Pflanzen.
Durch eine vermehrte Produktion von Kohlendioxid, wie sie durch
ungezügelte Verbrennung von fossilen Energieträgern entsteht, kann das
empfindliche Gleichgewicht zwischen produziertem und verbrauchtem
Kohlendioxid gestört werden. Es kann eine Klimaveränderung entstehen.
In der Atmosphäre von Venus und Mars gibt es eine sehr viel höhere
Menge an Kohlendioxid als in der Erdatmosphäre. Ursprünglich gab es in
der Uratmosphäre der Erde vor 4,3 Milliarden Jahren sehr viel mehr CO2
als heute. Es wurde aber im Laufe der Jahrtausende mit Hilfe mächtiger
Wasservorkommen als Carbonat gebunden. Auf Mars und Venus gibt es kein
Wasser, so dass dort der Kohlenstoff ungebunden blieb, während auf der
Erde ganze Gebirgszüge aus Calciumcarbonat (Kalk) und Magnesiumcarbonat
gebildet wurden.
Vorkommen und Entstehung
Kohlendioxid
wird oft bei Vulkanausbrüchen freigesetzt und strömt oft aus
Erdspalten. In der Hundsgrotte bei Nepal z. B. sammelt sich das Gas
dicht über dem Boden, da es schwerer als Luft ist, beziehungsweise da
es eine höhere Dichte hat. Menschen können darin gehen, Hunde aber
ersticken. Es ist bekannt, dass sich das Gas auch in Gärkellern
anreichert. Ein Kellermeister geht deshalb immer mit einer brennenden
Kerze durch den Keller. Erlischt die Kerze (das geschieht bereits bei
einem Sauerstoffgehalt von 15-16 %), so besteht akute Erstickungsgefahr
und der Mensch muss den Keller sofort verlassen.
Bei allen Verbrennungsvorgängen mit fossilen Brennstoffen entsteht
Kohlendioxid. Neben Kohlendioxid entsteht natürlich noch Wasser, das in
Dampfform ebenfalls z. B. den Auspuff verlässt.
Wenn eine Brausetablette mit Wasser in Kontakt kommt, schäumt es, weil
hierbei Kohlendioxid entsteht. Das Gleiche gilt für Backpulver.
Backpulver enthält Natriumhydrogencarbonat und eine feste organische
Säure, z. B. Weinsäure, Ascorbinsäure oder Zitronensäure. Damit die
beiden reaktiven Komponenten nicht bereits im festen Zustand
miteinander reagieren können, wird noch ein sogenanntes Trennmittel,
meistens Stärke, zugefügt. Bei der Zugabe von Wasser aber kommt es zu
der gewünschten Reaktion:
HCO3- + H+ ———> H2O + CO2
Kohlendioxid und der Treibhauseffekt
Eine
besondere Bedeutung hat das Kohlendioxid-Gas in unserer Atmosphäre im
Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt. Unsere Erdatmosphäre lässt das
sichtbare Licht durch. Es wird von der Erdoberfläche zum Teil
absorbiert, zum Teil aber als Ultrarotstrahlung zurückgeworfen. Diese
Strahlung wird nun von dem zur Atmosphäre gehörenden Wasserdampf und
Kohlendioxid absorbiert, d. h. sie wird festgehalten und sorgt für eine
Temperaturerhöhung auf der Erde. Dieser so genannte natürliche
Treibhauseffekt ermöglicht in weiten Bereichen das Leben auf unserer
Erde. Man schätzt, dass dadurch die durchschnittliche Temperatur der
Erdoberfläche von -18 °C auf +15 °C angehoben wird. Für diesen Effekt
ist zu etwa 66 % der Wasserdampf und zu 25 % das Kohlendioxid
verantwortlich. Zu etwa 2% wird der Effekt durch Methan verursacht.
Wird heute von Treibhauseffekt gesprochen, so wird damit auf eine
zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche durch eine Zunahme des
Kohlendioxids und des Methans (z. B. aus Großtierhaltungen und Verlust
bei der Förderung des Erdgases) in der Erdatmosphäre hingewiesen. Die
rechnergestützten Modelle sagen bei der derzeitigen
Kohlendioxidproduktion durch Verbrennungsprozesse eine Zunahme der
Erdtemperatur von 2 bis 4 °C voraus. Als Folge dieser Zunahme kommt es
zu einer Klimaverschiebung und zum Anstieg des Meerwassers z. B. durch
Abschmelzen der Eismassen an den Polen.
Kohlendioxid und Wasser
Kohlendioxid
ist in Wasser gut löslich. In den Ozeanen sind 0,0005% Kohlendioxid
gelöst, dieser Anteil entspricht eine Menge von 1,3 · 1014 Tonnen.
Druck und Temperatur spielen bei der Löslichkeit eine Rolle.
Kommt Kohlendioxid mit Wasser in Verbindung, so entsteht Kohlensäure.
CO2 + H2O ———> H2CO3
Mit Säure-Base-Indikatoren lässt sich die schwache Säure nachweisen.
Physiologische Aspekte
Die
Kohlensäure in Getränken und speziell in Bädern regt den Kreislauf an.
Es kommt zu einer nachweisbaren besseren Durchblutung der Haut, wenn in
kohlensäurehaltigem Wasser gebadet wird. In der Atemluft darf die
Konzentration von Kohlendioxid nicht zu hoch sein. Es kommt bei einer
Konzentration von 8 bis 10 % Kohlendioxid in der Atemluft zu
Kopfschmerzen, Schwindel und Erregungen und der Blutdruck steigt. Bei
einer Konzentration von über 10 % des Gases wird der betroffene Mensch
rasch bewusstlos und bei einer Konzentration über 15 % treten Lähmungen
auf, die dann zum Tode führen.
Kohlenhydrate werden im Organismus vor allem zur Freisetzung von
Energie verwendet. Bei diesen komplexen und enzymgebundenen Prozessen
entsteht Kohlendioxid, das man in der ausgeatmeten Luft nachweisen
kann. Das dabei entstandene Kohlendioxid wird vom Blut aufgenommen, in
die Lunge transportiert und mit dem Atem ausgeschieden. Auch diese
Vorgänge sind enzymatisch gesteuert. Im Blut bilden CO2 und HCO3- ein
wichtiges Puffersystem [5].
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Letzte Überarbeitung: 14. Januar 2005, Dagmar Wiechoczek
