Kohlenstoffdioxid
CO2
CAS 124-38-9

Kohlenstoffdioxid
Kohlendioxid
Carbon dioxide

Molmasse

AGW 
Dichte
 

Sublimationspunkt
Wasserlöslichkeit

44,010 g/mol
 
5000 ml/m3 oder 9,1 g/m3 (TRGS 900) 
1,9767 g/l (Gas, 0° C, 1013 hPa)
(CO2 zu Luft = 1,53) 
−78,464 °C
Konz. bei 25°C 1,501 g/l


Farb- und  geruchloses Gas 

Flasche
Gefahrenklassen + Kategorie

Gase unter Druck, verdicht. Gas
HP-Sätze (siehe Hinweis)
H 280  P 280.3, 410+403 
Entsorgung
  Lüftung, Flaschen zum Depot  
Piktogramme
GHS 04
Achtung
Seite oben Eigenschaften
Wirkung auf den menschlichen Körper

Kohlenstoffdioxid ist ein Bestandteil der Luft, es ist im Wasser gelöst, und es kommt im Stoffwechsel der Lebewesen vor. Die Atmosphäre der Erde enthält 0,04 Volumenprozent Kohlenstoffdioxid. In dieser Konzentration wirkt das Gas nicht schädlich. Zu hohe Gehalte in der Atemluft wirken toxisch, auch wenn genügend Sauerstoff vorhanden ist. Der Arbeitsplatzgrenzwert liegt bei 0,5 Volumenprozent. Bei Volumenkonzentrationen von drei bis fünf Prozent beginnt man schnell zu atmen. Ab einer Konzentration von sechs Volumenprozent besteht die Gefahr, dass man ohnmächtig wird. Noch höhere Konzentrationen wirken tödlich.


Chemisch-physikalische Eigenschaften

Kohlenstoffdioxid ist ein farb- und geruchloses Gas mit einem schwach säuerlich schmeckenden Geschmack. In einem Liter Wasser kann man etwa 0,880 Liter 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 acht bis zehn Prozent Kohlenstoffdioxid in der Luft. Der chemische Nachweis von Kohlenstoffdioxid im Labor erfolgt mit Kalkwasser, einer Lösung von Calciumhydroxid in Wasser.

Kohlenstoffdioxid löscht Kerzenflamme
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Eine Kerzenflamme erstickt in einem Behälter mit CO2.

Bei 20 °C und 55,4 Bar Druck kann Kohlenstoffdioxid 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. 

Magnesium brennt in Trockeneis
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Ein Magnesiumband brennt auch in Trockeneis weiter.

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Beim Erhitzen ist das gasförmige Kohlenstoffdioxid sehr beständig. Erst oberhalb 2000 °C gelingt teilweise die Aufspaltung in Kohlenstoffmonooxid und Sauerstoff:

CO2 im Gleichgewicht zu   CO  + ½ O2      ΔHR = +282 kJ/mol 

Durch unedle Metalle wie Magnesium wird Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoff reduziert:

CO2  +  2 Mg reagiert zu  2 MgO  +  C    ΔHR = −809 kJ/mol 

Aus diesem Grund 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  +  H2im Gleichgewicht zu   H2CO3

CO2 entweicht aus Mineralwasser
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Kohlenstoffdioxid tritt aus Mineralwasser aus.

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 als Zwischenprodukt, dann Natriumcarbonat:

H2CO3  +  NaOH im Gleichgewicht zu   NaHCO3  +  H2O   
NaHCO3  +  NaOH im Gleichgewicht zu   Na2CO3  +  H2

Das entstehende Natriumcarbonat setzt mit Säuren wie Salzsäure wieder Kohlenstoffdioxid frei:

Na2CO3  +  2 HCl im Gleichgewicht zu   NaHCO3  +  HCl  +  NaCl  
NaHCO3  +  HCl im Gleichgewicht zu   H2CO3  +  NaCl  
H2CO3 im Gleichgewicht zu   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.
Seite oben Herstellung
Im Labor wird Kohlenstoffdioxid aus Calciumcarbonat oder aus Marmorbrocken und Salzsäure hergestellt:

CaCO3  +  2 HCl reagiert zu  CaCl2  +  H2O  +  CO2   

In der Industrie bilden sich riesige Mengen CO2 bei der Verfeuerung von Brennstoffen, es entsteht beim Kalkbrennen, bei Gärungsprozessen, so auch bei der biochemischen Ethanolherstellung oder bei Fäulnisprozessen in der Kläranlage. CO2 kommt in größeren Mengen auch aus natürlichen Quellen bei Vulkangasen oder Kohlensäurequellen in die Atmosphäre. 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 reagiert zu  CO2      ΔHR = −393 kJ/mol 

Das anfallende CO2 wird in wasserberieselten Waschtürmen von Staub und Schwefeldioxid gereinigt und dann unter Druck in eine wässrige Pottaschen-Lösung gepresst:

K2CO3  +  H2O  +  CO2 reagiert zu  2 KHCO3    

Durch Erwärmung des Kaliumhydrogencarbonats erhält man wieder CO2, das einen Reinheitsgrad von etwa 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.
Seite oben 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.

Feuerlöscher
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Durch das Betätigen des Feuerlöschers entweicht flüssiges Kohlenstoffdioxid,
das durch den Druckabfall sofort gefriert, wobei sich Kohlenstoffdioxid-Schnee bildet.

Weitere Infos und Medien
Infos zur Kohlensäure und zu den Carbonaten
Infos zum anthropogenen Treibhauseffekt
Demonstrationen mit Kohlenstoffdioxid
Demonstrationen zur Brandbekämpfung
Versuche mit Trockeneis
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