Experimente mit Kohlenstoffdioxid dürfen nicht in einem Raum durchgeführt werden, der unter der Erdgleiche liegt. Das Gas kann nicht wahrgenommen werden, es besteht Vergiftungs- und Erstickungsgefahr! Unterrichtsräume sollten jeden Morgen vor Unterrichtsbeginn, einmal in einer Pause und auch nach dem Unterricht gelüftet werden, damit der Kohlenstoffdioxidgehalt durch die Ausatemluft nicht ansteigt. Dies könnte die Konzentrationsfähigkeit vermindern.
Gefährdungsbeurteilung Deutschland (auch EU)
GBU Experimente mit Kohlenstoffdioxid und Trockeneis
Sicherheitsbetrachtung Schweiz
SB Experimente mit Kohlenstoffdioxid und Trockeneis
Kohlenstoffdioxid
CO2
Kohlenstoffdioxid
Kohlendioxid
Kohlendioxid
Carbon dioxide
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
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
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.
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.
Beim Erhitzen ist das gasförmige Kohlenstoffdioxid sehr beständig. Erst oberhalb 2000 °C gelingt teilweise die Aufspaltung in Kohlenstoffmonooxid und Sauerstoff:
Durch unedle Metalle wie Magnesium wird Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoff reduziert:
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:
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:
Das entstehende Natriumcarbonat setzt mit Säuren wie Salzsäure wieder Kohlenstoffdioxid frei:
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.
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.
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.
Beim Erhitzen ist das gasförmige Kohlenstoffdioxid sehr beständig. Erst oberhalb 2000 °C gelingt teilweise die Aufspaltung in Kohlenstoffmonooxid und Sauerstoff:
CO2 
CO + ½ O2 ΔHR = +282 kJ/mol
CO + ½ O2 ΔHR = +282 kJ/mol Durch unedle Metalle wie Magnesium wird Kohlenstoffdioxid zu Kohlenstoff reduziert:
CO2 + 2 Mg 
2 MgO + C ΔHR = −809 kJ/mol
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 + H2O H2CO3
H2CO3Kohlenstoffdioxid 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 NaHCO3 + H2O
NaHCO3 + H2O NaHCO3 + NaOH Na2CO3 + H2O
Na2CO3 + H2O Das entstehende Natriumcarbonat setzt mit Säuren wie Salzsäure wieder Kohlenstoffdioxid frei:
Na2CO3 + 2 HCl NaHCO3 + HCl + NaCl
NaHCO3 + HCl + NaCl NaHCO3 + HCl H2CO3 + NaCl
H2CO3 + NaCl H2CO3 CO2 + H2O
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.
Im Labor wird Kohlenstoffdioxid aus Calciumcarbonat oder aus Marmorbrocken und Salzsäure hergestellt:
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:
Das anfallende CO2 wird in wasserberieselten Waschtürmen von Staub und Schwefeldioxid gereinigt und dann unter Druck in eine wässrige Pottaschen-Lösung gepresst:
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.
CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + H2O + CO2
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 CO2 ΔHR = −393 kJ/mol
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 2 KHCO3
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.
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.
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
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
© Thomas Seilnacht / Benutzerhandbuch / Lizenzbestimmungen / Impressum / Datenschutz / Literaturquellen