Rund um die Kohlensäure

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Rund um
die Kohlensäure

Die Kohlensäure

Dissoziation der
Kohlensäure

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Eine Säure, die es eigentlich gar nicht gibt!

am .

Das Gas Kohlenstoffdioxid löst sich gut in Wasser (ca. 1 Liter Kohlenstoffdioxid in 1 Liter Wasser bei Raumtemperatur und Normaldruck). Dies ist ein physikalischer Vorgang (es entstehen zunächst keine neuen Stoffe):

Loesevorgang-von-Kohlenstoffdioxid

Der Gleichgewichtspfeil verdeutlicht, dass der Vorgang ständig (!) in beide Richtungen verläuft. Daher spricht man auch von einem dynamischen Gleichgewicht, wobei sich bestimmte Konzentrationen von Stoffen links und rechts des Gleichgewichtspfeiles einstellen.

 

Von einer Hydrathülle zu sprechen ist ein wenig übertrieben, denn die Kohlenstoffdioxid-Moleküle werden nur sehr locker an die Wassermoleküle gebunden.

Man kann sich das folgendermaßen vorstellen:

Kohlensaeure01

 

Durch Schütteln kann man die Kohlenstoffdioxid-Moleküle von den Wassermolekülen lösen. Jeder kennt das, wenn man eine Colaflasche vor dem Öffnen schüttelt.


Ein Bruchteil (ca. 0,1 %) der Kohlenstoffdioxidmoleküle, die im Wasser gelöst sind, reagiert tatsächlich mit Wasser zur Kohlensäure:

Bildung-der-Kohlensaeure 

Beachte den Gleichgewichtspfeil!

Die Kohlensäure existiert nur für wenige Nanosekunden - dann zerfällt sie wieder in Kohlenstoffdioxid und Wasser bzw. in Wasserstoff-Ionen und den Säureresten der Kohlensäure (siehe nächstes Thema).

 

Die Strukturformel der Kohlensäure:

Kohlensaeure03

Aufgrund des natürlich vorkommenden Kohlenstoffdioxidgehaltes in der Luft besitzt unbelastetes Regenwasser einen pH-Wert von ca. 5,6. Unser Regenwasser enthält "Kohlensäure".

 

Durch Temperaturerhöhung verschiebt sich das oben beschriebene Gleichgewicht noch weiter nach links: Es entsteht vermehrt das Gas Kohlenstoffdioxid.

 

  • Das Schülerexperiment: Erhitzen von kohlensäurehaltigem Wasser verdeutlicht dies:

    ks-erhitzen01  ks-erhitzen02  ks-erhitzen03 
  • Im Sommer bläht sich eine Coladose am Boden auf, die Mineralwasserflasche zischt beim Öffnen lauter.

 

  • Das "Austreiben" von Kohlenstoffdioxid funktioniert auch durch raue Flächen oder kantige Kristalle, insbesondere bei großer Oberfläche. In guten Sektgläsern ist z.B. am Boden das Glas in einem Punkt aufgeraut. Hier perlt das Kohlenstoffdioxid sehr schön aus.


Hintergrund: An der rauen Oberfläche lagert sich Kohlenstoffdioxid zu immer größer werdenden Blasen zusammen, die sich schließlich von der Oberfläche lösen und aufsteigen.


Einen extremen Fall beobachtet man beim Cola-Mentos-Versuch (siehe unten).

 

Durch Druckerhöhung verschiebt sich das Gleichgewicht nach rechts:

Mit einer Sodamax-Flasche kann man Kohlenstoffdioxid in Leitungswasser pressen. Die kohlenstoffdioxidhaltige Lösung schmeckt sauer.

Kohlensaeure04Kohlensaeure04a

 

Durch das Hineinpressen von CO2 wird vermehrt Kohlensäure gebildet. Der pH-Wert verschiebt sich in den sauren Bereich (Universalindikator: orange/rot). Da Kohlensäure eine schwache Säure ist, erreicht man nur einen pH-Wert von ca. 6-5 (orange).

Achtung: Natürlich darf man das mit Universalindikator versetzte Wasser nicht trinken. Der Universalindikator besteht aus einem Gemisch von Pflanzenfarbstoffen, die giftig sind.

Kohlensaeure-Gleichgewicht

Das Cola-Mentos-Experiment

am .



Die Hintergründe sind ja schon im Artikel zuvor erklärt worden. Kohlenstoffdioxidmoleküle sind nur sehr locker an Wassermoleküle gebunden.
An größeren Teilchen, z.B. Kristallen (größere Oberfläche), können sich die Kohlenstoffdioxidmoleküle besser anlagern: es bilden sich größere Gasblasen.
Während die Mentospillen auf den Boden der Colaflasche sinken, entstehen extrem viele Kohlenstoffdioxidblasen. Durch die aufsteigende Bewegung der Gasblasen in der Cola wird noch mehr Kohlenstoffdioxid freigesetzt, welches am dünnen Flaschenhals einen enormen Druck aufbaut. Das ganze geschieht in Bruchteilen von Sekunden und so effektiv, dass fast das ganze Kohlenstoffdioxid ausgetrieben wird. Dabei reißt das Gas die Cola mit, die als Fontäne aus der Flasche spritzt. Es ist völlig egal, welches kohlenstoffdioxidhaltige Getränk man benutzt. Es sollte jedoch Stoffe enthalten, die auch zur Schaumbildung geeignet sind. Mineralwasser schäumt z.B. nicht.
Cola-light hat den Vorteil, dass sie nicht klebrig ist. Ein Vorteil, den man zu schätzen weiß, wenn man die Fontäne abbekommt.
Prinzipiell können es auch andere Stoffe sein, die man der Cola zufügt. Zucker und Salz z.B. eignen sich ebenso gut.
Die Mentos haben jedoch noch einen "Vorteil" für das Cola-Mentos-Experiment: Sie besitzen eine schaumartige Oberflächenstruktur aus Zucker. Dadurch ist die Oberfläche sehr groß. Das Säuerungsmittel Citronensäure verstärkt das Austreiben von Kohlenstoffdioxid außerdem.



Gefahr für den Menschen?

Während man Cola trinkt, geht schon eine ganze Menge an Kohlenstoffdioxid "verloren". Der Magen kann sich auch ein wenig ausdehnen. Bei Einnahme eines Mentos entweicht (in der Regel) der größte Teil des Gases als Rülpser. Wiederhole den Versuch nicht. Sei nicht dumm und teste nicht die Grenzen der Ausdehnung deines Magens!! Man kann im Internet Filme finden, wo jemand zwei Liter Cola und eine ganze Packung Mentos vertilgt. Das dies nicht gesund sein kann versteht sich von selbst. Man sieht auch, dass diese Person nach dem Experiment nicht besonders glücklich aussieht.

 

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