Wasseraufbereitungslösungen

Eigenschaften von Kohlendioxid

Es gibt mehrere physikalische und chemische Eigenschaften, die zu Kohlendioxid gehören.
Hier werden wir sie in einer Tabelle zusammenfassen.

Wo auf der Erde finden wir Kohlendioxid?

Kohlendioxid kommt hauptsächlich in der Luft vor, aber auch im Wasser als Teil des Kohlenstoffkreislaufs. Wie der Kohlenstoffkreislauf funktioniert, können wir dir anhand einer Erklärung und einer schematischen Darstellung zeigen. –> Weiter zum Kohlenstoffkreislauf.

Verwendung von Kohlendioxid durch den Menschen

Der Mensch verwendet Kohlendioxid auf viele verschiedene Arten. Das bekannteste Beispiel ist die Verwendung in Erfrischungsgetränken und Bier, um sie sprudelnd zu machen. Durch Backpulver oder Hefe freigesetztes Kohlendioxid lässt Kuchenteig aufgehen.
Einige Feuerlöscher verwenden Kohlendioxid, weil es dichter ist als Luft. Aufgrund seiner Schwere kann Kohlendioxid ein Feuer abdecken. Dadurch wird dem brennenden Material der Sauerstoff entzogen, den es braucht, um weiterzubrennen.
Kohlendioxid wird auch in der sogenannten überkritischen Fluidextraktion verwendet, die zur Entkoffeinierung von Kaffee eingesetzt wird. Die feste Form von Kohlendioxid, gemeinhin als Trockeneis bekannt, wird in Theatern verwendet, um Bühnennebel zu erzeugen und Dinge wie „Zaubertränke“ zum Sprudeln zu bringen.

Die Rolle, die Kohlendioxid in Umweltprozessen spielt

Kohlendioxid ist eines der am häufigsten vorkommenden Gase in der Atmosphäre. Kohlendioxid spielt eine wichtige Rolle bei lebenswichtigen pflanzlichen und tierischen Prozessen, wie der Photosynthese und der Atmung. Diese Prozesse sollen hier kurz erläutert werden.
Grüne Pflanzen wandeln Kohlendioxid und Wasser in Nahrungsbestandteile wie Glukose und Sauerstoff um. Dieser Prozess wird Photosynthese genannt.
Die Reaktion der Photosynthese läuft wie folgt ab:
6 CO2 + 6 H2O –> C6H12O6 + 6 O2
Pflanzen und Tiere wiederum wandeln die Nahrungsbestandteile um, indem sie sie mit Sauerstoff kombinieren, um Energie für Wachstum und andere Lebensaktivitäten freizusetzen. Dies ist der Atmungsprozess, die Umkehrung der Photosynthese.
Die Atmungsreaktion läuft wie folgt ab:
C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6 H2O
Photosynthese und Atmung spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf und stehen im Gleichgewicht zueinander.
Die Photosynthese dominiert in der wärmeren Jahreszeit und die Atmung in der kälteren Jahreszeit. Beide Prozesse laufen jedoch das ganze Jahr über ab. Insgesamt nimmt also das Kohlendioxid in der Atmosphäre während der Vegetationsperiode ab und während des restlichen Jahres zu.
Da die Jahreszeiten auf der Nord- und Südhalbkugel entgegengesetzt verlaufen, nimmt das Kohlendioxid in der Atmosphäre im Norden zu, während es im Süden abnimmt, und umgekehrt. Der Zyklus ist auf der nördlichen Hemisphäre deutlicher ausgeprägt, da sie über relativ viel Landmasse und Landvegetation verfügt. Auf der Südhalbkugel dominieren die Ozeane.

Einfluss von Kohlendioxid auf die Alkalinität

Kohlendioxid kann den pH-Wert des Wassers verändern. So funktioniert es:
Kohlendioxid löst sich leicht in Wasser und bildet eine schwache Säure, die Kohlensäure, H2CO3, gemäß der folgenden Reaktion:
CO2 + H2O –> H2CO3
Danach reagiert die Kohlensäure leicht und reversibel in Wasser, um ein Hydroniumkation, H3O+, und das Bicarbonation, HCO3-, gemäß der folgenden Reaktion zu bilden:
H2CO3 + H2O –> HCO3- + H3O+
Dieses chemische Verhalten erklärt, warum Wasser, das normalerweise einen neutralen pH-Wert von 7 hat, einen sauren pH-Wert von etwa 5.5 hat, wenn es der Luft ausgesetzt wird.

Kohlendioxidemissionen durch den Menschen

Umweltprobleme – der Treibhauseffekt

Die Troposphäre ist der untere Teil der Atmosphäre, der etwa 10-15 Kilometer dick ist. In der Troposphäre befinden sich Gase, die als Treibhausgase bezeichnet werden. Wenn Sonnenlicht auf die Erde trifft, wird ein Teil davon in Wärme umgewandelt. Die Treibhausgase absorbieren einen Teil der Wärme und halten sie in der Nähe der Erdoberfläche zurück, so dass die Erde erwärmt wird. Dieser Prozess, der allgemein als Treibhauseffekt bekannt ist, wurde vor vielen Jahren entdeckt und später durch Laborexperimente und atmosphärische Messungen bestätigt.
Das Leben, wie wir es kennen, existiert nur aufgrund dieses natürlichen Treibhauseffekts, denn dieser Prozess reguliert die Temperatur der Erde. Gäbe es den Treibhauseffekt nicht, wäre die ganze Erde mit Eis bedeckt.
Die Menge der in der Troposphäre eingeschlossenen Wärme bestimmt die Temperatur auf der Erde. Die Wärmemenge in der Troposphäre hängt von den Konzentrationen der atmosphärischen Treibhausgase und der Verweildauer dieser Gase in der Atmosphäre ab. Die wichtigsten Treibhausgase sind Kohlendioxid, FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffe), Stickoxide und Methan.
Seit Beginn der industriellen Revolution im Jahr 1850 werden durch menschliche Prozesse Treibhausgase wie FCKWs und Kohlendioxid freigesetzt. Dies hat zu einem Umweltproblem geführt: Die Mengen an Treibhausgasen sind so stark angestiegen, dass sich das Klima der Erde verändert, weil die Temperaturen steigen. Diese unnatürliche Verstärkung des Treibhauseffekts wird als globale Erwärmung bezeichnet. Es wird vermutet, dass die globale Erwärmung zu einer Zunahme der Sturmtätigkeit, zum Abschmelzen der Eiskappen an den Polen, was zu Überschwemmungen der bewohnten Kontinente führen wird, und zu anderen Umweltproblemen führen kann.
Zusammen mit Wasserstoff ist Kohlendioxid das wichtigste Treibhausgas. Wasserstoff wird jedoch bei industriellen Prozessen nicht emittiert. Der Mensch trägt nicht zur Wasserstoffmenge in der Luft bei, diese verändert sich nur auf natürliche Weise während des Wasserkreislaufs und ist daher keine Ursache für die globale Erwärmung.
Die zunehmenden Kohlendioxidemissionen verursachen etwa 50-60 % der globalen Erwärmung. Die Kohlendioxidemissionen sind von 280 ppm im Jahr 1850 auf 364 ppm in den 1990er Jahren angestiegen.
Im vorangegangenen Absatz wurden verschiedene menschliche Aktivitäten genannt, die zur Emission von Kohlendioxidgas beitragen. Von diesen Aktivitäten verursacht die Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energieerzeugung etwa 70-75% der Kohlendioxid-Emissionen und ist damit die Hauptquelle der Kohlendioxid-Emissionen. Die verbleibenden 20-25 % der Emissionen werden durch die Abholzung und Verbrennung von Böden und durch Emissionen aus Kraftfahrzeugabgasen verursacht.
Die meisten Kohlendioxidemissionen stammen aus industriellen Prozessen in den Industrieländern, wie in den Vereinigten Staaten und in Europa. Die Kohlendioxidemissionen aus den Entwicklungsländern nehmen jedoch zu. Es wird erwartet, dass sich die Kohlendioxidemissionen in diesem Jahrhundert verdoppeln und dass sie auch danach weiter ansteigen und Probleme verursachen werden.
Kohlendioxid verbleibt etwa fünfzig bis zweihundert Jahre in der Troposphäre.
Der erste, der vorhersagte, dass Kohlendioxidemissionen aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe und anderen Verbrennungsprozessen eine globale Erwärmung verursachen würden, war Svante Arrhenius, der 1896 die Abhandlung „Über den Einfluss der Kohlensäure in der Luft auf die Temperatur des Erdbodens“ veröffentlichte.
Anfang der 1930er Jahre wurde bestätigt, dass das atmosphärische Kohlendioxid tatsächlich zunimmt. In den späten 1950er Jahren, als hochpräzise Messtechniken entwickelt wurden, gab es sogar noch mehr Bestätigungen. In den 1990er Jahren war die Theorie der globalen Erwärmung weitgehend akzeptiert, wenn auch nicht von allen. Ob die globale Erwärmung wirklich durch den Anstieg des Kohlendioxids in der Atmosphäre verursacht wird, ist nach wie vor umstritten.

Ansteigende Kohlendioxidkonzentrationen in der Luft in den letzten Jahrzehnten

Das Kyoto-Abkommen

Im Dezember 1997 versammelten sich die Staats- und Regierungschefs der Welt in Kyoto, Japan, um über ein weltweites Abkommen zur Begrenzung der Emissionen von Treibhausgasen, vor allem von Kohlendioxid, zu beraten, von denen angenommen wird, dass sie die globale Erwärmung verursachen. Während die Kyoto-Verträge eine Zeit lang funktioniert haben, versucht Amerika nun leider, sie zu umgehen.

Kohlendioxid und Gesundheit

Kohlendioxid ist für die innere Atmung des menschlichen Körpers unerlässlich. Die innere Atmung ist ein Prozess, bei dem Sauerstoff zu den Körpergeweben transportiert und Kohlendioxid von ihnen weggetragen wird.
Kohlendioxid ist ein Wächter des pH-Wertes des Blutes, der für das Überleben wichtig ist.
Das Puffersystem, in dem Kohlendioxid eine wichtige Rolle spielt, wird Karbonatpuffer genannt. Er besteht aus Bicarbonat-Ionen und gelöstem Kohlendioxid mit Kohlensäure. Die Kohlensäure kann Hydroxidionen neutralisieren, die bei Zugabe den pH-Wert des Blutes erhöhen würden. Die Bikarbonat-Ionen können Wasserstoff-Ionen neutralisieren, was bei Zugabe zu einer Senkung des pH-Werts im Blut führen würde. Sowohl die Erhöhung als auch die Senkung des pH-Wertes ist lebensbedrohlich.
Abgesehen davon, dass Kohlendioxid ein wichtiger Puffer im menschlichen System ist, ist auch bekannt, dass es gesundheitliche Auswirkungen hat, wenn die Konzentrationen eine bestimmte Grenze überschreiten.
Die wichtigsten Gesundheitsgefahren von Kohlendioxid sind:
– Erstickung. Verursacht durch die Freisetzung von Kohlendioxid in einem geschlossenen oder unbelüfteten Raum. Dadurch kann die Sauerstoffkonzentration auf ein Niveau sinken, das für die menschliche Gesundheit unmittelbar gefährlich ist.
– Erfrierungen. Festes Kohlendioxid hat bei normalem Atmosphärendruck immer eine Temperatur von unter -78 oC, unabhängig von der Lufttemperatur. Der Umgang mit diesem Material für mehr als ein oder zwei Sekunden ohne angemessenen Schutz kann zu schweren Blasen und anderen unerwünschten Auswirkungen führen. Kohlendioxidgas, das aus einer Stahlflasche, z. B. einem Feuerlöscher, freigesetzt wird, hat ähnliche Auswirkungen.
– Nierenschäden oder Koma. Dies wird durch eine Störung des chemischen Gleichgewichts des Karbonatpuffers verursacht. Wenn die Kohlendioxidkonzentration ansteigt oder abfällt und dadurch das Gleichgewicht gestört wird, kann eine lebensbedrohliche Situation entstehen.