Kohlendioxid

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Kohlendioxid
Strukturformel
Allgemeines
Name Kohlenstoffdioxid
Andere Namen
  • Kohlendioxid
  • Kohlenstoff(IV)-oxid
  • Dioxidokohlenstoff
Summenformel CO2
CAS-Nummer 124-38-9
Kurzbeschreibung farbloses, geruchloses Gas
Eigenschaften
Molare Masse 44,0099 g/mol
Aggregatzustand

gasförmig

Dichte

1,9767 kg¬∑m‚ąí3 (0 ¬įC, 1013 mbar)[1]

Schmelzpunkt

‚ąí56,57 ¬įC (5,3 bar)[1]

Siedepunkt

keiner bei Normaldruck (Sublimation bei ‚ąí78,5 ¬įC)[1]

Dampfdruck

57,258 bar[1] (20 ¬įC)

Löslichkeit

3,3 g/l bei 0 ¬įC, 1,7 g/l bei 20 ¬įC, jeweils bei 1013 hPa[2]

Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine Gefahrensymbole
R- und S-Sätze R: keine R-Sätze
S: 9-23
MAK

9100 mg¬∑m‚ąí3[1]

GWP 1 (per Definition)
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Kohlenstoffdioxid (im normalen Sprachgebrauch auch Kohlendioxid, oft fälschlich Kohlensäure genannt) ist eine chemische Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff und ist damit neben Kohlenstoffmonoxid (auch Kohlenmonoxid), Kohlenstoffsuboxid und dem instabilen Kohlenstofftrioxid eines der Oxide des Kohlenstoffs. Die chemische Summenformel lautet CO2.

Kohlenstoffdioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es ist mit einer Konzentration von ca. 0,04¬†% (im Jahr 2008 385¬†ppm, j√§hrliche Zunahme ca. 2¬†ppm)[3] ein nat√ľrlicher Bestandteil der Luft. Es entsteht sowohl bei der vollst√§ndigen Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Substanzen unter ausreichendem Sauerstoff als auch im Organismus von Lebewesen als Kuppelprodukt der Zellatmung. Das CO2 wird dabei √ľber den Atem abgegeben. Umgekehrt sind Pflanzen, manche Bakterien und Archaeen in der Lage, CO2 durch die Kohlenstoffdioxid-Fixierung in Biomasse umzuwandeln. So produzieren Pflanzen beispielsweise bei der Photosynthese aus anorganischem CO2 Glukose.

Inhaltsverzeichnis

Herstellung

Abfallprodukt der Energiewirtschaft

Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Brennstoffe, z.B. der fossilen Energietr√§ger. Bei einem gegebenen Energietr√§ger ist die Menge des erzeugten CO2 direkt von der Menge des Brennstoffs und damit der umgesetzten Energie abh√§ngig. Moderne Anlagen und Betriebsverfahren k√∂nnen zwar die im Brennstoff enthaltene Energie besser nutzen als fr√ľher, aber die Entstehung des Gases nicht verhindern.

Diese Produktion betr√§gt etwa 36 Mrd. Tonnen im Jahr weltweit. Da noch kein wirksames und wirtschaftliches Verfahren zur Kohlenstoffdioxidabtrennung zur Verf√ľgung steht, entweicht diese Menge in die Atmosph√§re und tr√§gt zur globalen Erw√§rmung bei (siehe unten).

Technisch

Technisch gewinnt man Kohlenstoffdioxid durch Verbrennen von Koks mit √ľbersch√ľssiger Luft oder als Nebenprodukt beim Kalkbrennen (~530 Mio. t pro Jahr) und anschlie√üende Reinigung (z.¬†B. Binden an Kaliumcarbonat zu Hydrogencarbonat und anschlie√üendes Freisetzen durch Erhitzen).

Riesige Mengen sehr reinen Kohlenstoffdioxids erh√§lt man durch die sogenannte CO2-W√§sche bei der Ammoniak-, sowie der Methanol-Synthese. Entsprechend aufbereitet wird es f√ľr die S√§uerung von Limonaden verwendet.

Auch nat√ľrliche Gasquellen (Mineralwasser) werden zur Gewinnung genutzt.

Im Labormaßstab

Im Labor wird Kohlenstoffdioxid durch Freisetzung aus Carbonaten durch Säuren erzeugt.

Nachweis und quantitative Bestimmung

Ein einfacher Nachweis von Kohlenstoffdioxid gelingt mit einer w√§ssrigen Calciumhydroxidl√∂sung (Kalkwasser). Dazu wird das zu untersuchende Gas in die L√∂sung eingeleitet. Enth√§lt das Gas CO2, dann f√§llt Calciumcarbonat (Kalk) als wei√ülicher Feststoff aus und die L√∂sung tr√ľbt sich. (siehe hierzu auch: Kalkwasserprobe)

\mathrm{CO_2 + Ca(OH)_2 \longrightarrow H_2O + CaCO_3}
Kohlenstoffdioxid reagiert mit Calciumhydroxid zu Wasser und Calciumcarbonat.

In wässriger Lösung kann CO2 bestimmt werden

  1. durch Titration mit 0,1 n Natronlauge bis zum pH-Wert von 8,3 bzw. zum Farbumschlag des Indikators Phenolphthalein;
  2. durch Bestimmung des Säurebindungsvermögens (SBV), des pH-Wertes und der elektrischen Leitfähigkeit (wahlweise Ionenstärke) und Berechnung des CO2 aus diesen Parametern nach dem Dissoziationsgleichgewicht der Kohlensäure;
  3. durch Messung mit einer Severinghaus-Elektrode.

Physikalische Eigenschaften

Darstellung der Tendenz der Wasserlöslichkeit von CO2 in Abhängigkeit vom Druck bei verschiedenen Temperaturen

Das Kohlenstoffdioxid-Molek√ľl ist linear aufgebaut. Obwohl die Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungen polar sind, heben sich deren elektrische Dipolmomente durch die Molek√ľlsymmetrie nach au√üen hin gegenseitig auf, so dass das Molek√ľl selbst kein elektrisches Dipolmoment aufweist. Dennoch ist Kohlenstoffdioxid aufgrund der inneren Dipolmomente gut in Wasser l√∂slich und absorbiert einige schmale Teile des elektromagnetischen Spektrums im Bereich der Infrarotstrahlung.

Das Lösungsvermögen ist ca. 40-mal höher als beispielsweise das von Sauerstoff. Bei Raumtemperatur unter Normaldruck liegt die Sättigung bei 1700 mg/l, während sie bei O2 bereits bei 9 mg/l und bei N2 bei 20 mg/l erreicht wird.

Kohlenstoffdioxid findet im festen Aggregatzustand unter der Bezeichnung Trockeneis Anwendung in der Technik. Es schmilzt nicht, sondern sublimiert bei ‚ąí78¬†¬įC. Allerdings kann man es unterhalb der kritischen Temperatur von 31¬†¬įC durch Drucksteigerung zu einer farblosen Fl√ľssigkeit verdichten. Bei Raumtemperatur ist dazu ein Druck von ca. 60¬†bar n√∂tig, der kritische Druck bei der kritischen Temperatur ist etwa 73,7¬†bar[1]. In fl√ľssiger Form wird Kohlenstoffdioxid in Druckgasflaschen gehandelt. Dabei gibt es zwei Typen: Steigrohrflaschen zur Fl√ľssigentnahme und Flaschen ohne Steigrohr zur Entnahme gasf√∂rmigen Kohlenstoffdioxids.[4] Beide m√ľssen zur Entnahme senkrecht stehen. Die Steigrohrflasche wird grunds√§tzlich ohne, die andere mit Druckminderventil betrieben.

Solange sich noch fl√ľssiges Kohlenstoffdioxid in der Druckflasche befindet, ist der Innendruck lediglich von der Temperatur abh√§ngig. Eine Messung des F√ľllstandes ist deshalb bei beiden Flaschentypen ausschlie√ülich √ľber W√§gen m√∂glich. Die Entnahmegeschwindigkeit ist dadurch begrenzt, dass durch W√§rmeaufnahme aus der Umgebung erst wieder fl√ľssiges Kohlenstoffdioxid in der Flasche verdampfen muss, um den der Temperatur entsprechenden Druck wieder aufzubauen.

Chemische Eigenschaften

In Wasser gel√∂stes Kohlenstoffdioxid bildet Kohlens√§ure, H2CO3, wobei aber mehr als 99¬†% des Kohlenstoffdioxids nur physikalisch gel√∂st sind. Die Kohlens√§ure als solche liegt vor in einem Gleichgewicht mit ihren Dissoziationsprodukten (Spezies) Hydrogencarbonat ("Bicarbonat", HCO3‚Äď) und Carbonat (CO32‚Äď), die in einem vom pH-Wert abh√§ngigen Mengenverh√§ltnis zueinander stehen. F√§ngt man die bei der Dissoziation gebildeten Oxonium-Ionen (H+, eigentlich H3O+) durch Zugabe einer Lauge mit Hydroxidionen (OH‚Äď) ab, so verschiebt sich das Mengenverh√§ltnis zu Gunsten von Carbonat.

Verwendung

Bei der Sublimation von Trockeneis entsteht ein wei√üer Nebel aus dem kalten CO2-Luft-Gemisch und kondensierender Luftfeuchtigkeit, der fr√ľher als Effekt in der B√ľhnentechnik Einsatz fand. Heute gibt es zum Beispiel Nebelk√ľhl-Vors√§tze f√ľr normale Verdampfer-Nebelmaschinen, die mit fl√ľssigem CO2 betrieben werden.

Viele Getr√§nke enthalten Kohlenstoffdioxid ('Kohlens√§ure'), um beim Trinken einen besseren Erfrischungseffekt zu erzielen. Bei manchen Getr√§nken entsteht es durch G√§rung (Bier, Sekt), bei anderen wird es k√ľnstlich zugesetzt (Limonade, Sodawasser) oder es wird kohlenstoffdioxidhaltiges, nat√ľrliches Mineralwasser verwendet. Als Lebensmittelzusatzstoff tr√§gt es die Bezeichnung E¬†290. Bei der Herstellung wird Kohlenstoffdioxid unter hohem Druck in das Getr√§nk gepumpt, wobei es zu etwa 0,2¬†% mit Wasser zu Kohlens√§ure reagiert; der gr√∂√üte Teil ist als Gas im Wasser gel√∂st. Bei einem Druckabfall durch √Ėffnen des Gef√§√ües kommt es zu einer Nukleation, so dass das nun √ľbersch√ľssig gel√∂ste Gas bl√§schenf√∂rmig austritt und aufsteigt. Die Bl√§schenbildung des Gases und der s√§uerliche Geschmack der Kohlens√§ure auf der Zunge beim Trinken stimulieren die Geschmackssinneszellen, was einen Erfrischungseffekt zur Folge hat.

Kohlenstoffdioxid kommt wegen seiner sauerstoffverdrängenden Eigenschaften auch zu Feuerlöschzwecken zum Einsatz, vor allem in Handfeuerlöschern und automatischen Löschanlagen (siehe auch CO2-Löscher, Brandbekämpfung, Löschmittel).

Kohlenstoffdioxid wird als D√ľnger in Gew√§chsh√§usern eingesetzt. Grund ist der durch den photosynthetischen Verbrauch entstehende CO2-Mangel bei ungen√ľgendem Nachschub an Frischluft, besonders im Winter bei geschlossener L√ľftung, weil Pflanzen CO2 als Grundsubstanz ben√∂tigen. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid entweder direkt als reines Gas (relativ teuer) oder als Verbrennungsprodukt aus Propan oder Erdgas eingebracht (Kopplung von D√ľngung und Heizung). Die m√∂gliche Ertragsteigerung ist abh√§ngig davon, wie stark der Mangel an CO2 ist und wie stark das Lichtangebot f√ľr die Pflanzen ist. Kohlenstoffdioxid wird auch in der Aquaristik als D√ľnger f√ľr Wasserpflanzen eingesetzt (CO2-Diffusor). Auch durch Zufuhr von organischer Substanz kann der CO2-Gehalt im Wasser erh√∂ht werden (Veratmung, aber auf Kosten des Sauerstoff-Gehalts). (Siehe auch: Kohlenstoffdioxid-D√ľngung)

√úberkritisches Kohlenstoffdioxid besitzt eine hohe L√∂slichkeit f√ľr unpolare Stoffe und kann giftige organische L√∂semittel ersetzen. Es wird als Extraktionsmittel, zum Beispiel zur Extraktion von Naturstoffen wie Koffein (Herstellung von koffeinfreiem Kaffee durch Entkoffeinierung), und als L√∂semittel zum Reinigen und Entfetten, zum Beispiel von Wafern in der Halbleiterindustrie und neuerdings auch von Textilien (Chemische Reinigung), verwendet. Aktuell wird auch intensiv daran geforscht, √ľberkritisches Kohlenstoffdioxid als Reaktionsmedium f√ľr die Feinchemikalienherstellung (z.¬†B. f√ľr die Herstellung von Aromastoffen) zu verwenden, da isolierte Enzyme hierin vielfach aktiv bleiben und keine L√∂semittelr√ľckst√§nde (im Gegensatz zu organischen L√∂semitteln) in den Produkten verbleiben.

Kohlenstoffdioxid kommt als K√§ltemittel unter der Bezeichnung R744 oder R-744 in Fahrzeug- und station√§ren Klimaanlagen, bei industrieller K√§ltetechnik, Supermarkt- und Transportk√ľhlung sowie in Getr√§nkeautomaten zum Einsatz. Es hat eine gro√üe volumetrische K√§lteleistung (h√∂here Effizienz in einem gegebenen Volumen), eine hohe Umweltvertr√§glichkeit (Treibhauspotenzial im Vergleich zu heute verwendeten K√§ltemitteln etwa 1/1000 pro kg; kein Ozonabbau-Potenzial; Gewinnung aus industriellem Abfallgas) und kann gleichzeitig in W√§rmekreisl√§ufen wie in Warmwasserpumpen und Fahrzeugheizungen genutzt werden.[5]

Kohlenstoffdioxid wird auch als Schutzgas in der Schwei√ütechnik eingesetzt¬†‚Äď entweder in reiner Form oder h√§ufiger als Zusatz zu Argon und/oder Helium. Da Kohlenstoffdioxid bei hohen Temperaturen thermodynamisch instabil ist, wird es nicht als Inertgas, sondern als Aktivgas bezeichnet.

CO2 wird auch in Abf√ľhrmitteln (Z√§pfchen) verwendet. Durch eine chemische Reaktion w√§hrend der Aufl√∂sung des Z√§pfchens wird CO2 freigesetzt und dehnt den Darm, was wiederum den Stuhlreflex ausl√∂st.

In zunehmendem Ma√üe wird CO2 in Verbindung mit einem automatisierbaren Strahlverfahren verwendet, um hochreine Oberfl√§chen zu erzeugen. Mit seiner Kombination aus mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften kann beispielsweise CO2-Schnee verschiedenste Arten von Oberfl√§chen-Verunreinigungen r√ľckstandsfrei l√∂sen und abtragen.

In so genannten CO2-Anlagen werden in j√ľngster Zeit auch Schweine vor der Schlachtung bet√§ubt. Dazu werden sie in Gruppen in einem Paternosteraufzug in eine Grube hinab gelassen, die mindestens 90¬†% CO2 enth√§lt und verlieren dabei das Bewusstsein.

CO2 in der Atmosphäre und Treibhauseffekt

Entwicklung der CO2-Konzentration während der letzten 420.000 Jahre
Hauptartikel: Treibhauseffekt

Kohlenstoffdioxid absorbiert einen Teil der W√§rmestrahlung (Infrarotstrahlung), w√§hrend kurzwelligere Strahlung, d.¬†h. der gr√∂√üte Teil der Sonnenstrahlung, passieren kann. Diese Eigenschaft macht Kohlenstoffdioxid zu einem so genannten Treibhausgas. Nach Wasserdampf ist Kohlenstoffdioxid entsprechend seinem Mengenanteil das zweitwirksamste der Treibhausgase, wenngleich die spezifischen Wirksamkeiten von Methan und Ozon h√∂her sind. Alle Treibhausgase zusammen erh√∂hen die mittlere Temperatur auf der Erdoberfl√§che von ca. ‚ąí18¬†¬įC auf +15¬†¬įC (nat√ľrlicher Treibhauseffekt). Kohlenstoffdioxid hat einen Anteil von ca. 9 bis 26¬†% an diesem Gesamteffekt und ist somit in einem nicht unerheblichen Ma√ü f√ľr das lebensfreundliche Klima der Erde mitverantwortlich.

Der CO2-Anteil in der Erdatmosph√§re war im Verlauf der Erdgeschichte betr√§chtlichen Schwankungen unterworfen, die verschiedene biologische, chemische und physikalische Ursachen haben. Seit wenigstens 650.000 Jahren lag der Anteil jedoch immer unterhalb von 280¬†ppm.[6] Die CO2-Konzentration in den letzten 10.000 Jahren blieb relativ konstant bei 280¬†ppm. Die Bilanz des Kohlenstoffdioxidkreislaufes war somit in dieser Zeit weitgehend ausgeglichen. Mit Beginn der Industrialisierung im 19. Jahrhundert stieg der CO2-Anteil in der Atmosph√§re auf bislang 385¬†ppm (2008). In den Jahren von 1960 bis 2005 stieg der CO2-Anteil im Mittel um 1,4 ppm pro Jahr.[7] In den 10 Jahren von 1995 bis 2005 betrug die j√§hrliche Anstiegsrate 1,9 ppm.[8] Einer Untersuchung des Global Carbon Projects aus dem Jahr 2008 zufolge ist in den Jahren 2000 bis 2007 der CO2-Aussto√ü viermal schneller gestiegen als noch im Jahrzehnt davor. Damit wird das schlimmste Szenario des Weltklimarates √ľbertroffen.[9]

Zeitlicher Verlauf der CO2-Konzentration in der Atmosphäre

Die anthropogenen, d.¬†h. vom Menschen verursachten, CO2-Emissionen von j√§hrlich ca. 36,3¬†Gt bzw. ca. 9,9¬†Gt Kohlenstoff (8,4¬†GtC durch die Verbrennung fossiler Rohstoffe sowie 1,5¬†¬Ī¬†0,5¬†GtC durch Landnutzung)[7] sind nur ein kleiner Anteil des √ľberwiegend aus nat√ľrlichen Quellen stammenden Kohlenstoffdioxids von j√§hrlich etwa 550¬†Gt CO2 bzw. 150¬†Gt Kohlenstoff.[10] Die anthropogenen CO2-Emissionen werden durch die globale Entwaldung nur etwa zu 45¬†% von den nat√ľrlichen Kohlenstoffdioxidsenken aufgenommen, sodass sich das Kohlendioxid in der Atmosph√§re akkumuliert. Die Verbrennung von Biomasse und daraus gewonnenen Kraftstoffen setzt unter Vernachl√§ssigung des landwirtschaftlichen Energieverbrauchs in der Bilanz nur CO2-Mengen frei, die vorher photosynthetisch gebunden worden waren.

Allgemein ist in der Wissenschaft sp√§testens seit den 1990er Jahren anerkannt, dass es einen statistisch signifikanten anthropogenen Einfluss auf das Klima gibt und dass eine der Ursachen der Anstieg der Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Atmosph√§re ist. Dieser anf√§nglich noch mit gr√∂√üeren Unsicherheiten verbundene Verdacht hat sich im Laufe der Forschungen und nach heftiger Kontroverse um die globale Erw√§rmung immer mehr erh√§rtet und ist heute weitgehend wissenschaftlicher Konsens.[11] Ohne Ber√ľcksichtigung der Treibhausgase sind die beobachteten Temperaturdaten nach Meinung der √ľberwiegenden Mehrheit der Wissenschaftler nicht zu erkl√§ren.[12] Die Folgen der globalen Erw√§rmung sollen durch Klimaschutz gemindert werden.

Physiologische Wirkungen und Gefahren

CO2-Konzentrationen (Vol-%) in Luft und Auswirkungen auf den Menschen:

  • 0,038¬†%: Derzeitige Konzentration in der Luft
  • 0,15¬†%: Hygienischer Innenraumluftrichtwert f√ľr frische Luft
  • 0,3¬†%: MIK-Wert, unterhalb dessen keine Gesundheitsbedenken bei dauerhafter Einwirkung bestehen
  • 0,5¬†% (9¬†g/m¬≥): MAK-Grenzwert f√ľr t√§gliche Exposition von acht Stunden pro Tag
  • 1,5¬†%: Zunahme des Atemzeitvolumens um mehr als 40¬†%.
  • 4¬†%: Atemluft beim Ausatmen
  • 5¬†%: Auftreten von Kopfschmerzen, Schwindel und Bewusstlosigkeit
  • 8¬†%: Bewusstlosigkeit, Kr√§mpfe[13][14], Eintreten des Todes nach 30‚Äď60 Minuten

Immer wieder kommt es zu Unf√§llen mit CO2. In Weinkellern, Futtersilos, Brunnen und Jauchegruben k√∂nnen sich durch G√§rprozesse betr√§chtliche Mengen an CO2 bilden. Bei der Verg√§rung von einem Liter Most entstehen etwa bis zu 50 Liter G√§rgas. Wenn nicht f√ľr ausreichende Entl√ľftung gesorgt ist, bilden sich gef√§hrliche Konzentrationen, und zwar aufgrund der h√∂heren Dichte von CO2 im Vergleich zu Luft vor allem in Bodenn√§he (Kohlenstoffdioxid-See). Auch in bestimmten H√∂hlen (die sogenannte Hundsgrotte in Italien hat eine CO2-Konzentration von zirka 70¬†%!) und in Bergwerksstollen des Kohleabbaus k√∂nnen mitunter hohe Kohlendioxidkonzentrationen vorliegen.

Die direkte Schadwirkung auf Tier und Mensch kann im Einzelfall auf der Verdrängung des Sauerstoffes in der Luft beruhen. Die weit verbreitete Ansicht, CO2 sei an sich unschädlich und wirke nur durch Verdrängen des lebensnotwendigen Sauerstoffs, ist jedoch falsch. Daher ist auch die alte Kerzenprobe zum Erkennen von gefährlicher Sauerstoffknappheit nicht sinnvoll. Durch die Verdrängung der Luft (Absinken des O2-Partialdrucks auf weniger als 130 mbar) durch das schwerere Kohlenstoffdioxid kann es aber zusätzlich zu den schädlichen Wirkungen des CO2 auch zum Ersticken durch Sauerstoffmangel kommen.

Im Blut gel√∂stes CO2 aktiviert in physiologischer (nat√ľrlicher) und leicht gesteigerter Konzentration das Atemzentrum des Gehirns, in deutlich h√∂herer Konzentration f√ľhrt es jedoch zur Verminderung oder sogar Aufhebung des reflektorischen Atemanreizes (Atemdepression, Atemstillstand). Diese Wirkungen treten viel rascher ein als eine Erstickung. Der anregende CO2-Reiz auf das Atemzentrum wird bei √§rztlichen Hilfsma√ünahmen nach einem Atemstillstand zur Wiederbelebung genutzt. Dazu wird reiner Sauerstoff gemischt mit ca. 4-5% Kohlendioxid dem Patienten verabreicht. Dies entspricht auch ungef√§hr dem Kohlendioxidgehalt der ausgeatmeten Luft, die einem Patienten durch einen Ersthelfer bei der Atemspende verabreicht wird.

Ab etwa 5 Prozent CO2 in der eingeatmeten Luft treten Kopfschmerzen und Schwindel auf, bei h√∂heren Konzentrationen beschleunigter Herzschlag (Tachykardie), Blutdruckanstieg, Atemnot und Bewusstlosigkeit (die so genannte CO2-Narkose). CO2-Konzentrationen von 8 Prozent und mehr f√ľhren innerhalb von 30 bis 60 Minuten zum Tod.

Zus√§tzlich hat Kohlenstoffdioxid eine indirekte Wirkung auf den Sauerstoffhaushalt des Blutes. Befindet sich vermehrt Kohlenstoffdioxid in der Luft oder im Frischwasser, so wird im Blut √ľber das Dissoziationsgleichgewicht der Kohlens√§ure der pH-Wert vermindert ‚Äď das Blut wird ‚Äěsaurer‚Äú. Von diesem Absinken des pH-Werts ist das H√§moglobin betroffen. Bei niedrigerem pH-Wert verringert sich seine O2-Bindungskapazit√§t. Das hei√üt bei gleichem O2-Gehalt der Luft kann vom H√§moglobin weniger Sauerstoff gebunden und transportiert werden. Dieser Sachverhalt wird durch den Bohr-Effekt und den Haldane-Effekt beschrieben. Im Gewebe, wo der Sauerstoff abgegeben werden soll, ist die Konzentration von CO2 h√∂her (= niedriger pH-Wert, geringere O2-Bindungskapazit√§t) und erleichtert damit die O2-Abgabe. In der Lunge sind die Verh√§ltnisse umgekehrt und beg√ľnstigen so das ‚ÄěBeladen‚Äú des H√§moglobins mit Sauerstoff.

Dieser indirekte Effekt √ľber den pH-Wert des Blutes ist von der weitaus st√§rkeren Giftigkeit des Kohlenstoffmonoxids zu unterscheiden. Kohlenstoffmonoxid maskiert als Komplexbildner den Eisenkern des H√§moglobins und verhindert dadurch die Bindung von Sauerstoff in den roten Blutk√∂rperchen. Dies ist ein anderer (wirksamerer) molekularer Mechanismus als beim Kohlenstoffdioxid.

Immer wieder fallen ganze Familien einer G√§rgasvergiftung zum Opfer, weil mehrere Personen bei der Rettung eines Familienmitglieds selbst Kohlenstoffdioxid einatmen und bewusstlos werden. Der Ersthelfer begibt sich mit einem Rettungsversuch nur selbst in Gefahr¬†‚Äď niemand kann mit angehaltenem Atem einen Bewusstlosen aus einem Keller tragen. Stattdessen ist eine Bel√ľftung (falls vorhanden) einzuschalten und ein Notruf abzusetzen.

Die Rettung eines Verungl√ľckten aus CO2-verd√§chtigen Situationen (Weinkeller usw.) ist nur durch professionelle Einsatzkr√§fte (Feuerwehr) mit umluftunabh√§ngigem Atemschutz m√∂glich.

In seltenen Fällen kommt es auch zu Naturkatastrophen mit Kohlenstoffdioxid; die bekannteste ereignete sich 1986 am Nyos-See in Kamerun.

Der Richtwert der CO2-Konzentration in Innenr√§umen von 0,15 Vol.-% Kohlendioxid kann √ľberschritten werden, wenn sich mehrere Personen l√§ngere Zeit in einem kleinen, verschlossenen und gut isolierten Raum aufhalten. Falls sich in einem Raum mit einer Grundfl√§che von 68 m¬≤ und einem Raumvolumen von 203 m¬≥ sieben Erwachsene aufhalten, ist ‚Äď je nach Beschaffenheit der Raumisolierung ‚Äď die Konzentration von 0,15 Vol.-% Kohlendioxid nach etwa zwei Stunden erreicht. Gesundheitliche Bedenken gibt es jedoch nur wenn der MAK-Wert l√§ngere Zeit √ľberschritten wird.

√Ėkologische Bedeutung

Kohlenstoffdioxid ist der Rohstoff bei jeglicher Bildung von Biomasse in der Prim√§rproduktion der √Ėkosysteme. Von pflanzlichen Organismen oder von photosynthesef√§higen Bakterien wird CO2 unter Nutzung der Lichtenergie mit Wasser zu Kohlehydraten verbunden, in der Regel zu Glucose. Diese dient in weiteren Verlauf sowohl als Energietr√§ger als auch als Baustoff f√ľr alle anderen biochemischen Substanzen.

Der Abbau von Biomasse durch Atmung ist, in Umkehrung zum Prozess der Photosynthese, wieder mit der Bildung von CO2 verbunden.

Alle Organismen eines √Ėkosystems sind andauernd mit Atmung besch√§ftigt, w√§hrend die Photosynthese an die Verf√ľgbarkeit von Licht in den Tagstunden gebunden ist. Deshalb kommt es zu einem Tageszyklus der Bilanz zwischen beiden Vorg√§ngen, so dass in der Regel am Tag das CO2 verbraucht und in der Nacht freigesetzt wird. Ebenso unterliegt diese Bilanz zwischen CO2-Zehrung und CO2-Produktion auch einem jahreszeitlichen Rhythmus wegen der unterschiedlichen Lichtintensit√§ten und Tagesl√§ngen zwischen Sommer und Winter.

In Gew√§ssern schwankt die CO2-Konzentration ebenfalls entsprechend den genannten Tages- und Jahreszeit-Rhythmen. CO2 ist aber mit den anderen gel√∂sten Kohlens√§ure-Spezies zu einem Gleichgewichtssystem verkn√ľpft, welches den im Wasser herrschenden pH-Wert wesentlich bestimmt. Von diesem pH-Wert h√§ngen dann ihrerseits wieder die Gleichgewichtslagen der Dissoziationen von Ammonium/Ammoniak, Nitrit/Salpetrige S√§ure und Sulfid/Schwefelwasserstoff und vieler anderer S√§ure-Basen-Paare ab, die sich ihrerseits in Toxizit√§ten f√ľr die Organismen im Gew√§sser bemerkbar machen.

Ist in einem Gew√§sser der Vorrat an CO2 durch Photosynthese ersch√∂pft, was sich durch einen pH-Wert nahe 8,3 bemerkbar macht, dann sind manche Arten von Algen und Wasserpflanzen bef√§higt, aus dem gel√∂sten Hydrogencarbonat das ben√∂tigte CO2 zu gewinnen, wobei sie OH-Ionen abgeben m√ľssen. Dadurch kann in besonders n√§hrstoffreichen Gew√§ssern (z.B. Karpfenteiche) der pH-Wert gef√§hrlich hohe Werte (bis 12) erreichen, mit entsprechenden gesundheitlichen Folgen z.B. f√ľr die Fische (z.B. Kiemennekrose der Karpfen). [15]

Im Jahr 2008 publizierten US Forscher die Ergebnisse einer mehrj√§hrigen Untersuchung, wonach ein ungew√∂hnlich warmes Jahr bei Gr√§sern aus der Pr√§rie von Oklahoma zu einer verminderten CO2-Aufnahme f√ľhrt. Nach der R√ľckkehr von durchschnittlichen Temperaturen dauert es dann noch ein weiteres Jahr, bis sich die CO2-Aufnahme wieder normalisiert.[16]

Siehe auch

Literatur

Weblinks

Quellen

  1. ‚ÜĎ a b c d e f g Eintrag zu Kohlenstoffdioxid in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 31.8.2007 (JavaScript erforderlich)
  2. ‚ÜĎ Carbon Dioxide Solubility in Water
  3. ‚ÜĎ Dr. Pieter Tans, NOAA/ESRL: Current Trends in CO2 (ESRL-Website)
  4. ‚ÜĎ http://vorschriften.portal.bgn.de/files/5841/ASI_6-80-08.pdf
  5. ‚ÜĎ The natural refrigerant R744 (CO2)
  6. ‚ÜĎ Urs Siegenthaler, Thomas F. Stocker, Eric Monnin, Dieter L√ľthi, Jakob Schwander, Bernhard Stauffer, Dominique Raynaud, Jean-Marc Barnola, Hubertus Fischer, Val√©rie Masson-Delmotte, Jean Jouzel: Stable Carbon Cycle‚ÄďClimate Relationship During the Late Pleistocene. In: Science Vol. 310, No. 5752, 2005, S. 1313‚Äď1317. Siehe Abstract online
  7. ‚ÜĎ a b Josep Canadella, Corinne Le Qu√©r√©, Michael Raupacha, Christopher Fielde, Erik Buitenhuisc, Philippe Ciaisf, Thomas Conwayg, Nathan Gillettc, R. Houghtonh und Gregg Marland: Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks. In: Proceedings of the National Academy of Sciences. 2007 online (PDF)
  8. ‚ÜĎ IPCC, 2007: Summary for Policymakers. In: Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M.Tignor and H.L. Miller (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Online (pdf)
  9. ‚ÜĎ Josep G. Canadell, Corinne Le Qu√©r√©, Michael R. Raupach, Christopher B. Field, Erik T. Buitenhuis, Philippe Ciais, Thomas J. Conway, Nathan P. Gillett, R. A. Houghton, Gregg Marland: Contributions to accelerating atmospheric CO2 growth from economic activity, carbon intensity, and efficiency of natural sinks, PNAS November 20, 2007 vol. 104 no. 47 18866-18870 doi:10.1073/pnas.0702737104 online
  10. ‚ÜĎ Intergovernmental Panel on Climate Change: Climate Change 2001 ‚Äď IPCC Third Assessment Report 2001 CO2-Kreislauf
  11. ‚ÜĎ Naomi Oreskes: The Scientific Consensus on Climate Change. In: Science. Band 306, 2004 (PDF)
  12. ‚ÜĎ Meehl, Gerald A., Warren M. Washington, Caspar M Ammann, Julie M. Arblaster, T. M. L. Wigleiy und Claudia Tebaldi (2004): Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate, in: Journal of Climate, Vol. 17, 1. Oktober, S. 3721‚Äď3727 (PDF)
  13. ‚ÜĎ DRK: Erste Hilfe bei CO2-Vergiftung
  14. ‚ÜĎ SenseAir AB, Schweden: What is CO2? (PDF)
  15. ‚ÜĎ Kurt Bauer: Zur Bedeutung der Kohlens√§ure in Karpfenteichen. √Ėsterreichs Fischerei 44/1991, S. 49‚Äď64
  16. ‚ÜĎ J. Arnone et al.: Prolonged suppression of ecosystem carbon dioxide uptake after an anomalously warm year, Nature, Bd. 455, S. 383

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Synonyme:

Schlagen Sie auch in anderen W√∂rterb√ľchern nach:

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ Kohlendioxid ‚Ķ   Deutsch W√∂rterbuch

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ Kohlenstoffdioxid; CO2 * * * Koh|len|di|oxid ‚Ć©n. 11; unz.‚Ć™ = Kohlenstoffdioxid * * * Koh|len|di|o|xid [‚ÜĎ Kohlen ] Syn.: (systematisch:) Kohlenstoffdioxid, (internat. bevorzugt:) Carbondioxid, (Jargon:) Kohlens√§ure: O=C=O, CO2; farb u. geruchloses ‚Ķ   Universal-Lexikon

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ Koh¬∑len¬∑diŐ≤¬∑oxid das; (e)s; nur Sg; ein Gas, das aus Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Menschen und Tiere produzieren Kohlendioxid, wenn sie ausatmen, und Pflanzen produzieren aus Kohlendioxid Sauerstoff; Chem CO2 ‚Ķ   Langenscheidt Gro√üw√∂rterbuch Deutsch als Fremdsprache

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ das Kohlendioxid (Mittelstufe) Gas, das vom Menschen ausgeatmet wird oder bei der Verbrennung von Kohlenstoffen entsteht Beispiel: Die Emission von Kohlendioxid in die Atmosph√§re muss eingeschr√§nkt werden ‚Ķ   Extremes Deutsch

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ anglies dioksidas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrńóŇĺtis Nedegios, silpnai rŇęgŇ°ńćios dujos (CO‚āā). Tirpsta vandenyje, sudaro anglies rŇęgŇ°tńĮ (H‚āāCO‚āÉ). Yra organiniŇ≥ medŇĺiagŇ≥ galutinio skaidymo (oksidavimo), kurńĮ atlieka aerobiniai… ‚Ķ   Ekologijos terminŇ≥ aiŇ°kinamasis Ňĺodynas

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ Koh|len|di|o|xid ‚Ć©n.; Gen.: s; Pl.: unz.; Chemie‚Ć™ = Kohlenstoffdioxid ‚Ķ   Lexikalische Deutsches W√∂rterbuch

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ Koh|len|di|oxid, auch Koh|len|di|oxyd das; [e]s <zu dt. Kohle u. ‚ÜĎDioxid> farb u. geruchloses, leicht in Wasser l√∂sliches Gas, das u. a. bei der Atmung tierischer u. planzlicher Organismen u. bei der Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe… ‚Ķ   Das gro√üe Fremdw√∂rterbuch

  • Kohlendioxid ‚ÄĒ D‚úďKoh|len|di|oxid , Koh|len|di|oxyd vgl. D‚úďOxid ‚Ķ   Die deutsche Rechtschreibung

  • Kohlendioxid (CO2) ‚ÄĒ Kohlendioxid (CO2), farbloses, nicht brennbares, leicht sauer riechendes und schmeckendes Gas; etwa 1,5 mal so schwer wie Luft; entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoff und kohlenstoffhaltigen Verbindungen, bei Atmung und G√§rung… ‚Ķ   Deutsch w√∂rterbuch der biologie

  • Kohlendioxid-Senke ‚ÄĒ Als Kohlenstoffsenke (auch Kohlendioxidsenke oder CO2 Senke) wird in den Geowissenschaften ein Reservoir bezeichnet, das zeitweilig oder dauerhaft Kohlenstoff aufnimmt und speichert. Der Begriff ist nicht mit dem des Kohlenstoffspeichers zu… ‚Ķ   Deutsch Wikipedia


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