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Kohlenstoffdioxid ist unsichtbar, aber du begegnest ihm staendig: in der Ausatemluft, in Sprudelwasser, bei Verbrennungen und im Kohlenstoffkreislauf. Chemisch ist es ein kleines Molekuel mit grosser Bedeutung. Nach dieser Seite kannst du Formel, Eigenschaften, Nachweise und die Rolle von CO2 sicher erklaeren.
- Ich kann den Aufbau von Kohlenstoffdioxid aus der Formel erklaeren.
- Ich kann wichtige Eigenschaften von CO2 nennen und begruenden.
- Ich kann Reaktionen mit Wasser und Kalkwasser einordnen.
- Ich kann CO2 bei Verbrennung, Atmung und Fotosynthese erkennen.
- Ich kann CO2 als Treibhausgas fachlich sauber beschreiben.
Aufbau und Formel
Die Formel \(CO_2\) bedeutet: Ein Kohlenstoffatom ist mit zwei Sauerstoffatomen verbunden. In Strukturformeln schreibt man oft \(O=C=O\). Das Molekuel ist linear, die Atome liegen also auf einer Linie.
Kohlenstoffdioxid
Kohlenstoffdioxid, kurz \(CO_2\), ist eine chemische Verbindung aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Es ist bei Raumtemperatur ein farbloses, nicht brennbares Gas.
Bestimme die molare Masse von \(CO_2\).
- Kohlenstoff hat ungefaehr \(12\,g/mol\).
- Sauerstoff hat ungefaehr \(16\,g/mol\).
- In \(CO_2\) gibt es ein C-Atom und zwei O-Atome.
- \(12 + 2 \cdot 16 = 44\).
- Ein Mol \(CO_2\) hat also ungefaehr \(44\,g\).
Die tiefgestellte 2 in \(CO_2\) gehoert nur zum Sauerstoff: ein C-Atom, zwei O-Atome.
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Eigenschaften von CO2
Kohlenstoffdioxid ist farblos und geruchlos. Es brennt nicht und unterstuetzt Verbrennungen nicht. Deshalb kann eine Flamme in einer CO2-reichen Umgebung ausgehen. Reines oder stark angereichertes CO2 kann in geschlossenen Raeumen gefaehrlich sein, weil es Sauerstoff verdraengt.
CO2 loest sich in Wasser. Ein kleiner Teil reagiert dabei zu Kohlensaeure. Darum schmeckt Sprudelwasser leicht sauer.
Kohlensaeure
Kohlensaeure ist die Saeure \(H_2CO_3\), die aus Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen kann. In Wasser liegt nur ein Teil des geloesten CO2 wirklich als Kohlensaeure vor.
CO2 in Wasser:
Der Doppelpfeil zeigt: Die Reaktion laeuft in beide Richtungen. Deshalb entweicht aus Sprudelwasser wieder CO2, wenn die Flasche offen steht.
Trockeneis ist festes Kohlenstoffdioxid. Es schmilzt bei Normaldruck nicht zu einer Fluessigkeit, sondern sublimiert direkt vom festen in den gasfoermigen Zustand.
Nachweis mit Kalkwasser
In der Schule wird CO2 oft mit Kalkwasser nachgewiesen. Kalkwasser ist eine klare Calciumhydroxid-Loesung. Wenn CO2 hineingeleitet wird, entsteht Calciumcarbonat als weisser Feststoff. Die Loesung wird trueb.
Reaktionsgleichung des Nachweises:
- \(CO_2\) wird in Kalkwasser geleitet.
- Calciumcarbonat \(CaCO_3\) entsteht.
- Calciumcarbonat ist schlecht wasserloeslich.
- Darum sieht man eine Truebung.
Kalkwasser truebt sich bei CO2, weil ein unloeslicher Feststoff entsteht.
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Entstehung und Verbrauch
CO2 entsteht bei vollstaendiger Verbrennung kohlenstoffhaltiger Stoffe. Es entsteht auch bei der Zellatmung, wenn Lebewesen Glucose abbauen. Pflanzen, Algen und manche Bakterien koennen CO2 dagegen bei der Fotosynthese aufnehmen.
Vollstaendige Verbrennung von Methan:
Links und rechts stehen jeweils 1 Kohlenstoffatom, 4 Wasserstoffatome und 4 Sauerstoffatome. Die Gleichung ist ausgeglichen.
Fotosynthese:
Pflanzen bauen aus CO2 und Wasser Glucose auf. Dabei wird Kohlenstoff aus der Luft in Biomasse eingebaut.
Atmung und Verbrennung setzen CO2 frei. Fotosynthese nimmt CO2 auf und baut daraus organische Stoffe.
CO2 und Treibhauseffekt
CO2 ist ein Treibhausgas. Das bedeutet: Es kann einen Teil der Waermestrahlung aufnehmen und wieder abgeben. Der natuerliche Treibhauseffekt macht die Erde ueberhaupt erst lebensfreundlich warm. Problematisch wird ein zusaetzlicher Anstieg, weil dadurch mehr Waerme im Klimasystem bleibt.
Treibhausgas
Ein Treibhausgas ist ein Gas in der Atmosphaere, das Waermestrahlung aufnehmen und wieder abgeben kann. Beispiele sind Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan.
Fachlich sauber ist die Unterscheidung wichtig: CO2 ist nicht "giftig" im normalen Luftanteil und nicht grundsaetzlich schlecht. Es ist ein natuerlicher Stoff im Kohlenstoffkreislauf. Zu hohe Konzentrationen in Raeumen oder ein starker Anstieg in der Atmosphaere koennen aber problematisch sein.
Pruefungsmodus
Bei CO2-Aufgaben werden haeufig drei Ebenen gemischt: Formel, Experiment und Umweltkontext. Trenne sie sauber. Eine richtige Antwort nennt erst die chemische Beobachtung und erklaert danach die Bedeutung.
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Zusammenfassung
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