Chemie.

Kohlenstoffdioxid ★ Kohlensäure.

Steckbriefe.

★ Kohlenstoffdioxid.

  • Eigenschaften → farbloses und geruchloses Gas; größere Dichte als Luft ; nicht brennbar, erstickende Wirkung; gut wasserlöslich [reagiert mit Wasser je nach Bedingungen zu Kohlensäure]
  • Vorkommen, Bedeutung → in der Luft [0,037%], in Mineralquellen und Vulkanabgasen; Verbrennungsprodukt kohlenstoffhaltiger Stoffe [z.B. Kohle, Erdöl]; Ausgangsstoff der Fotosynthese [liefert das Element Kohlenstoff zum Aufbau organischer Stoffe mittels Lichtenergie und Chlorophyll]; Produkt der Zellatmung und einiger Gärungen [z.B. alkoholische Gärung der Hefepilze im Hefeteig]; beteiligt an Verwitterung; zu viel CO2 in der Atmosphäre vergrößert den Treibhauseffekt [globale Erwärmung] und ist eine Ursache des Klimawandels, gelöst im Meer und in Seen führt es zur Versauerung [infolge Kohlensäure-Bildung] und zum Artensterben [greift z.B. Muschelschalen an]
  • Verwendung → gasförmig: als Getränkezusatz, Kältemittel und Schutzgas; flüssig oder fest: als Feuerlöschmittel; fest: Trockeneis [wasserfreies Kühlmittel], Nebelmaschinen

★ Kohlensäure.

  • Eigenschaften → farblose, geruchlose, klare Flüssigkeit, aus der [je nach Druck und Temperatur sowie Wassergehalt] mehr oder weniger viel CO2 entweicht
  • Vorkommen → in Mineralquellen und Gewässern; Bestandteil des natürlichen Kohlenstoffkreislaufs
  • Verwendung → Herstellung von Methanol, Harnstoff, Kunststoffen [z.B. Polyurethane, Polycarbonate]; Bestandteil viele Getränke; Ausgangs- oder Hilfsstoff für unzählige chemisch-technische Verfahren; siehe auch Verwendung von CO2

Protolyse von Kohlensäure.

Reaktion in wässriger Lösung.
  • Prinzip → Jeweils ein Kohlensäuremolekül reagiert mit zwei Wassermolekülen zu zwei Oxoniumionen H3O+ sowie einem Carbonation CO32– [exotherm]
  • Protonenabgabe → H2CO3 →← 2 H+ + CO32–
  • Protonenaufnahme → 2 H+ + H2O →← 2 H3O+
  • Protonenübergang gesamt → H2CO3 + 2 H2O →← 2 H3O++ CO32–
Stufenweise Protolyse.
  • Hintergrund → Protonenabgabe an die Wassermoleküle in 2 Stufen:
  • Stufe 1: Bildung von Hydrogencarbonationen ↓
    H2CO3 + H2O →← H3O++ HCO3–
  • Stufe 2: Bildung von Carbonationen ↓
    HCO3– + H2O →← H3O++ CO32–
Reaktionsgleichungen ohne Oxoniumionen in unserem Skript Kohlensäure. Mehr über Protolysen findest du hier.

Bildung und Zerfall der Kohlensäure.

PNG Bildung und Zerfall von Kohlensäure Bildzoom schließen
chemische Reaktion von Kohlenstoffdioxid mit Wasser [umkehrbare chemische Reaktion; chemisches Gleichgewicht zwischen Hinreaktion und Rückreaktion]:
CO2 (g) + H2O (l) →← H2CO3 (l) ; ΔH = –20,37 kJ · mol–1
Prinzip von Le Chatelier.
Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts zugunsten von Hinreaktion oder Rückreaktion ...
  • Bildung der Kohlensäure [Hinreaktion]: Begünstigung durch Temperaturerniedrigung [da exotherm] und Druckerhöhung [da Volumenabnahme; siehe 1 mol Gas bei den Ausgangsstoffen und keine Gase bei den Produkten]
  • Zerfall der Kohlensäure [Rückreaktion]: Begünstigung durch Temperaturerhöhung [da endotherm] und Druckerniedrigung [da Volumenzunahme; siehe 0 mol Gase bei den Ausgangsstoffen und 1 mol Gas bei den Reaktionsprodukten der Rückreaktion]
Mineralwasser-Flasche.
praktische Bedeutung der Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts am Beispiel ...
  • Mineralwasserflasche geschlossen [gerade befüllt worden] → es bildet sich aus Kohlenstoffdioxid und Wasser unter hohem Druck teilweise Kohlensäure
  • Mineralwasserflasche geöffnet [Zimmertemperatur] → Kohlensäure zerfällt [niedriger Druck] zu großem Teil und das entstehende Gas Kohlenstoffdioxid entweicht perlend aus der Flüssigkeit
  • Mineralwasser abgestanden, erwärmt → weitere Gasblasen mit Kohlenstoffdioxid steigen auf, da Zerfall der Kohlensäure endotherm ist und so durch Temperaturzufuhr begünstigt wird

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