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Was ist Kohlensäure (Kohlendioxid / Kohlenstoffdioxid)?

Kohlendioxid / Kohlensäure ist ein geruchloses, farbloses nicht brennbares Gas, welches schwerer als Luft ist. Die chemische Formel lautet CO2. Der korrekte Name lautet Kohlenstoffdioxid, da die Verbindung ein Oxid des Elements Kohlenstoff ist. Das Molekül ist linear aufgebaut und unpolar.

Wie entsteht Kohlensäure (Kohlendioxid / Kohlenstoffdioxid)?

Kohlendioxid /Kohlenstoffdioxid entsteht bei der Verbrennung von Kohlenstoffhaltigen Stoffen, wenn Sauerstoff vorhanden ist. Auch im Organismus entsteht es als Nebenprodukt der Zellatmung. Das CO2 wird dabei über den Atem abgegeben.
Kohlensäure entsteht erst nachdem Kohlenstoffdioxid in Wasser gelöst ist. Wobei aber ca. 99% des Kohlendioxids nur physikalisch gelöst sind. Die Kohlensäure als solche liegt aber praktisch nicht als Molekül vor.

Verwendung von Kohlensäure (Kohlendioxid / Kohlenstoffdioxid)

Im festen Aggregatzustand wird es in der Technik unter dem Begriff Trockeneis verwendet. Trockeneis schmilzt nicht, sondern verdampft bei –78°C. Bei der Sublimation, entsteht ein weißer Nebel aus kaltem CO2-Luftgemisch und kondensierender Feuchtigkeit, der in der Bühnentechnik Anwendung findet. Viele Getränke enthalten Kohlensäure (Kohlenstoffdioxid in Wasser gelöst). Hier wird es künstlich zugesetzt, oder es entsteht durch Gärung. Eine Verwendung von natürlichen kohlenstoffhaltigen Mineralwassern ist ebenfalls möglich.
Auch in Feuerlöschern kommt es zum Einsatz, da es Sauerstoff vom Brandherd verdrängt. In Klimaanlagen, wird Kohlenstoffdioxid zunehmend als natürliches Kältemittel eingesetzt. Als Dünger in Gewächshäusern eingesetzt, können Ertragssteigerungen erreicht werden. Pflanzen verwenden bei der Photosynthese Kohlendioxid um Glukose zu produzieren und ihre Biomasse aufzubauen. Beim Schweißen wird Kohlenstoffdioxid auch als Schutzgas eingesetzt. Da Kohlenstoffdioxid bei hohen Temperaturen thermodynamisch instabil ist, wird es als Aktivgas bezeichnet. Auch in der Medizin findet Kohlendioxid seine Anwendungsgebiete, sei es bei der Arzneiherstellung als auch bei Untersuchungen und Eingriffen.

Gefahren von Kohlensäure (Kohlendioxid / Kohlenstoffdioxid)

Immer wieder kommt es zu Unfällen mit CO2. In Futtersilos, Weinkellern und Jauchegruben bilden sich durch Gärprozesse beträchtliche Mengen von Kohlendioxid. Bei der Vergärung von 1 Liter Most, entstehen bis zu 50 Liter Gärgase. Wenn nicht für ausreichend Belüftung gesorgt ist bilden sich gefährliche Konzentrationen in Bodennähe, da Kohlenstoffdioxid schwerer als Luft ist.
Die weit verbreitete Ansicht, Kohlendioxid sei an sich ungiftig und verdränge nur den lebensnotwendigen Sauerstoff ist falsch. Eine Kerzenprobe zum erkennen der Sauerstoffknappheit ist zu ungenau, da ein brennen auch dann noch möglich ist wenn der Sauerstoff zum Atmen nicht mehr ausreicht. In der atmosphärischen Luft kommt Kohlendioxid zu etwa 0,03% vor, bei der ausgeatmeten Luft sind es bereits 4,5%. Ab 5% treten Kopfschmerzen und Schwindel auf, bei höheren Konzentrationen beschleunigter Herzschlag, Blutdruckanstieg, Atemnot und Bewusstlosigkeit.

Konzentrationen über 20% sind tödlich. Die Rettung eines Verunglückten aus CO2 - verdächtigen Situationen ist nur mit schwerem Atemschutz möglich.

Was ist Propangas (Propan)?

Propangas ist ein farb- und geruchloses brennbares Gas. Es gehört zu den Alkanen (früher Parafinen), also der Stoffgruppe einfacher, gesättigter Kohlenwasserstoffe, bei denen keine Atome mehrfach Verbunden sind.

Eigenschaften von Propangas (Propan)

Propan hat einen Schmelzpunkt von –187,7 °C und der Siedepunkt befindet sich bei –42°C. Die kritische Temperatur liegt bei +94°C. Propan kann leicht verflüssigt werden und ist praktisch bei +20°C in Wasser nur zu 75mg/l lösbar. Es ist nicht wassergefährdend. Propangas ist schwerer als Luft und wirkt in hohen Konzentrationen narkotisierend und führt zum ersticken. Propan ist hochentzündlich und bildet explosive Gemische von 1,7 bis 10,8 Volumenprozent in Luft.
Die Zündtemperatur liegt bei 470°C. Der Heizwert liegt bei 12,8 kWh je Kilogramm.

Herstellung und Verwendung von Propangas (Propan)

Die Gewinnung erfolgt aus Erdgas, oder beim Cracken von Erdöl in Raffinerien. Es findet Verwendung als Heiz- und Brenngas, als auch immer öfter als Treibstoff für Kraftfahrzeuge. Weiterhin wird es als Kältemittel (R290), als Treibmittel in Sprays oder zur Herstellung von Ethylen und Propen verwendet.

Was entsteht bei der Verbrennung von Popangas (Propan)?

Propangas verbrennt zu Kohlendioxid und Wasser (3CO+4H2O).

Was ist Acetylen (Ethin)?

Acetylen ist ein farb- und geruchloses, brennbares Gas. Es ist nicht wassergefährdend und in reinem Zustand ungiftig. Es gehört zu der Gruppe der Alkine und fällt unter die Sparte technische Gase. Acetylen ist leichter als Luft.

Eigenschaften von Acetylen (Ethin)

Bei der Gewinnung von Acetylen (Ethin) aus Calciumcarbit (Schweisscarbit) entsteht meistens ein unangenehmer Geruch, der von Verunreinigungen verursacht wird. Es handelt sich dabei meist um die bei der technischen Herstellung entstehenden Nebenprodukte Phosphin, Ammoniak, Arsin, Schwefelwasserstoff.
Acetylen kann bei Atmosphärischem Druck nur zu 1,23g/l in Wasser gelöst werden. Beim Transport in Druckgasbehältern wird sich die gute Löslichkeit in Aceton und Alkohol zu ca. 27,9g/kg zu nutze gemacht.
Die Druckgasbehälter sind mit einer porösen Masse aus Calciumsilikathydrat gefüllt, welche durch Acetonzugabe in der Lage ist größere Mengen Acetylen (Ethin) aufzunehmen.
Durch die poröse Masse wird bei einem Flammrückschlag ein bersten des Druckgasbehälters durch explosionsartigen Zerfall des Acetylens verhindert.
Der Heizwert beträgt 57.120kj/m³. Bei normaler Verbrennung an der Luft, werden Temperaturen von 1900-2300°C erreicht. Die Verbrennung läuft mit leuchtender, jedoch stark rußender Flamme ab. Wird dem Acetylen jedoch reiner Sauerstoff zugeführt, werden Temperaturen bis zu 3.200° C erreicht. Ein rußen der Flamme ist dann nicht mehr erkennbar.
Die Zündtemperatur liegt bei Atmosphärendruck bei 305°C

Acetylen (Ethin) hat einen Explosionsbereich von 2,3-82% Volumenprozent in Luft. Es darf nicht mit Legierungen die einen Kupfergehalt von über 70% haben in Kontakt kommen, da sich ansonsten hochexplosives Kupferacetylid bildet. Wird Acetylen eingeatmet, führt es zu Teilnahmslosigkeit und Schwindel.

Herstellung von Acetylen (Ethin)

Es gibt auf der Erde kein natürliches Vorkommen, jedoch wurde außerhalb der Erde Acetylen in der Atmosphäre des Jupiter, als auch in interstellarer Materie nachgewiesen.
Die Herstellung erfolgt durch Hochtemperaturpyrolyse von leichten bis mittleren Erdölfraktionen oder Erdgas bei 200°C. Das entstandene Gasgemisch wird schnell unter 200°C abgekühlt, um zu verhindern, dass es sich zu elementarem Wasser- und Kohlenstoff zersetzt. Durch die Abkühlung, resultiert ein Ethin- Ethengemisch aus welchem Ethin fraktioniert wird.
Die Wärmeübertragung erfolgt entweder durch die Lichtbogen- Pyrolyse oder die Wasserstoff-Lichtbogen-Pyrolyse. Auch die Herstellung durch Reaktion von Calciumcarbit mit Wasser ist möglich.

Verwendung von Acetylen (Ethin)

Die Verwendung für die organische Synthese beträgt ca. 80% des Ethins.
Durch Addition von Hallogenwasserstoffen werden zum Beispiel Polyvinychlorid oder Vynylchlorid hergestellt. Bei der Produktion von Druckerschwärze, Batterien oder Gummiproduktion wird aus Acetylen gewonnener Ruß eingesetzt. In der Karbidlampe wurde es zu Beleuchtungszwecken verwendet.
Mit Sauerstoff gemischt wurden in den 50er Jahren Narkotisierungen durchgeführt, als es zu Explosionen kam, wurde die Verwendung beendet. Auch beim autogenen Schweißen und Schneiden wird Acetylen verwendet. Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die industrielle Terpen-Synthese.
Die Mikroelektronik und Mikrotechnik hat auch Verwendung für Acetylen, z.B. zum Abscheiden von Diamanten oder bei der Herstellung von Nanoröhren.