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Kohlensäure
(
Kohlensäureanhydrid,
Kohlendioxyd) CO2 findet sich zu etwa 0,04 Proz.
in der
Atmosphäre, entströmt in großen
Massen thätigen
Vulkanen und an vielen
Orten aus
Rissen und
Spalten
des Erdbodens
(Brohl,
Hundsgrotte bei
Neapel,
[* 2] Dunsthöhle bei
Pyrmont,
Thal
[* 3] des
Todes auf
Java,
Mofetten in
Italien).
[* 4] Quellwasser
verdankt gelöster
Kohlensäure seinen erfrischenden
Geschmack, und die sogen.
Säuerlinge sind sehr reich an
Kohlensäure
Kohlensäuresalze bilden
einen Hauptbestandteil der
Erdrinde, namentlich der kohlensaure
Kalk
(Kalkstein) setzt ganze
Gebirge zusammen.
Aus diesen kohlensauren
Salzen entwickelt sich
Kohlensäure gasförmig, wenn man sie mit einer stärkern
Säure übergießt, und so wird
die in der
Natur frei, wenn
Kalkstein durch kieselsäurehaltige
Lösungen in
Kieselgestein verwandelt wird.
Kohlensäure entsteht aber
auch ganz allgemein bei
Oxydation kohlenstoffhaltiger
Verbindungen, z. B. beim Verbrennen von
Holz
[* 5] und andern
Pflanzenstoffen und bei Behandlung derselben mit oxydierend wirkenden
Chemikalien. Erhitzt man z. B.
Stärkemehl,
Zucker
[* 6] oder
andre
Stoffe, welche aus
Kohlenstoff,
Wasserstoff und
Sauerstoff bestehen, mit
Kupferoxyd oder chromsaurem
Bleioxyd, so werden
sie von diesem vollständig zu
Kohlensäure und
Wasser oxydiert.
Dasselbe geschieht, wenn abgestorbene
Pflanzen- oder Tierstoffe an feuchter
Luft liegen: es tritt
Verwesung ein, und das Endprodukt
derselben ist
Kohlensäure und
Wasser.
Gärungs- und Fäulnisprozesse liefern ebenfalls
Kohlensäure (Zuckerlösungen gären auf Zusatz von
Hefe,
[* 7] wobei der
Zucker in
Alkohol und
Kohlensäure zerfällt), und wenn man organische
Substanz bei
Abschluß der
Luft erhitzt
(trockne
Destillation),
[* 8] so entwickelt sich neben andern (entzündlichen)
Gasen auch
Kohlensäure. Die Kohlensäure ist also ganz allgemein Zersetzungsprodukt
pflanzlicher und tierischer
Stoffe, und da solche im
Boden fast niemals fehlen, so bildet sich auch in demselben beständig
Kohlensäure, und so ist es erklärlich, daß diese in keinem Quellwasser fehlt. Wo aber organische
Stoffe im
Boden massenhaft angehäuft sind, wie in den Steinkohlenflözen, tritt auch
Kohlensäure reichlich auf (schwere
Wetter,
[* 9]
Schwaden der
Bergleute) und entweicht oft aus dem
Boden in
Strömen. In die
Atmosphäre gelangt auch viel
Kohlensäure durch den
Atmungsprozeß der
Menschen und
Tiere; der eingeatmete
Sauerstoff wird im
Körper zur
Oxydation organischer
Stoffe verbraucht, und das Oxydationsprodukt, die
Kohlensäure, verläßt den
Körper mit der ausgeatmeten
Luft.
Zur
Darstellung von
Kohlensäure übergießt man
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kohlensauren Kalk (Marmor, Kalkstein, Kreide)
[* 11] mit Salzsäure, wobei der Rückstand aus Chlorcalcium besteht, oder, wie in Mineralwasseranstalten,
kohlensaure Magnesia (Magnesit) mit Schwefelsäure,
[* 12] wobei schwefelsaure Magnesia (Bittersalz) als Nebenprodukt erhalten wird.
Um die entwickelte
Kohlensäure zu reinigen, leitet man sie durch Waschgefäße, welche Lösungen von schwefelsaurem Eisenoxydul, kohlensaurem
Natron, neutralem Eisenchlorid und übermangansaurem Kali enthalten.
Vorteilhaft kann man auch die in kalte Lösung von kohlensaurem Natron (Soda) von etwa 9° B. leiten und die dabei entstehende Lösung von doppeltkohlensaurem Natron erhitzen. Sie gibt dann die absorbierte Kohlensäure wieder ab und hinterläßt eine Lösung von kohlensaurem Natron, welche von neuem benutzt werden kann. Man benutzt zur Darstellung von auf diese Weise im kleinen gewöhnlich Gasentwickelungsapparate, aus Glasflasche, Trichterrohr zum Eingießen der Säure und Gasableitungsrohr bestehend, bei fabrikmäßigem Betrieb aber cylindrische kupferne Kessel mit Rührapparat, einem Säuregefäß, aus welchem beliebig Säure in das Entwickelungsgefäß abgelassen werden kann, Gasableitungsrohr etc. Bei dem Apparat [* 10] Fig. 1 geht durch den Deckel eines kupfernen, innen mit Blei [* 13] ausgekleideten Kessels A, durch die Stopfbüchsen [* 14] o o gedichtet, eine Welle 11, welche durch die Kurbel [* 15] p gedreht wird und den Rührapparat R trägt.
Der auf dem Kessel stehende Cylinder enthält das Säuregefäß B, dessen Bodenöffnung a durch das Stangenventil b mittels der Kurbel e geöffnet und geschlossen wird. Die Öffnung c dient zur Druckausgleichung, die Verschraubung f zum Einfüllen der Säure, m ist ein Manometer, [* 16] i ein Sicherheitsventil, h dient zum Einfüllen des kohlensauren Salzes, l zum Ablassen der Lösung nach vollendeter Entwickelung. Die Kohlensäure entweicht durch das mit Hahn [* 17] z versehene Rohr r. Im großen bereitet man auch Kohlensäure durch Verbrennen von Koks oder Holzkohle und benutzt dazu den Kindlerschen Ofen [* 10] (Fig. 2), dessen schachtförmiger Raum a b mit dem Brennmaterial gefüllt und oben dicht geschlossen ist.
In dem horizontalen Kanal [* 18] a werden die Kohlen durch zwei senkrecht stehende Roste zusammengehalten, und der Zug wird durch eine mit dem Rohr r in Verbindung stehende Pumpe [* 19] hervorgebracht. Die Verbrennungsgase dringen durch die ungebrannten Kalksteine nach c, werden aus diesem Weg von schwefliger Säure, die aus einem Schwefelgehalt der Koks stammt, und von Flugasche befreit und durch das beständig fließende Wasser in den Kasten e e abgekühlt. Aus c strömt das Gas in den Waschapparat d, wird hier durch das Wasser weiter gereinigt und gelangt dann durch das Rohr r an den Bestimmungsort. Es kann, da es stets mit Stickstoff gemischt ist, nie mehr als 21 Proz. Kohlensäure enthalten; doch wird man sich in der Praxis mit einem Kohlensäuregehalt von 15-16 Proz. als höchstem Resultat begnügen müssen.
Man hat auch versucht, die Verbrennungsgase von Dampfkesselfeuerungen anzusaugen und zu reinigen, doch leidet darunter gewöhnlich der Betrieb des Kessels zu sehr. Gasfeuerungen scheinen bei Anwendung gewisser Brennmaterialien eine sehr reine Kohlensäure zu liefern, und ebenso ist die gelegentliche Benutzung der Kohlensäure von Gärungsräumen nur unter bestimmten Verhältnissen vorteilhaft ausführbar. Man kann aber im Gärungsraum Behälter mit teilweise entwässertem kohlensauren Natron aufstellen, welches sich dann bald in doppeltkohlensaures Natron verwandelt; in manchen Fällen ist auch die aus gärenden Substanzen sich entwickelnde Kohlensäure direkt verwertbar (Bleiweißfabrikation).
Häufig bereitet man Kohlensäure durch Brennen von Kalk und benutzt dazu Öfen [* 20] mit ununterbrochenem Betrieb, die sich von gewöhnlichen Kalköfen wesentlich nur dadurch unterscheiden, daß sie in ihrem obern Teil verengert u. hier durch einen Deckel verschlossen sind, während ein seitliches Rohr zur Ableitung der Gase [* 21] dient. Als Feuerungsmaterial benutzt man Koks oder gute Braunkohle. Eine sehr kräftige Saugpumpe bewirkt den Luftzug durch die Feuerungen und führt die Verbrennungsgase und die aus dem Kalk entwickelte Kohlensäure durch die Reinigungsapparate. Das erhaltene Gas besitzt einen Kohlensäuregehalt von 23 Proz.
Reine Kohlensäure ist ein farbloses Gas, riecht und schmeckt säuerlich prickelnd, rötet feuchtes blaues Lackmuspapier, doch verschwindet die Rötung allmählich wieder an der Luft. Sie ist nicht brennbar, und brennende Körper erlöschen in Kohlensäure; ebensowenig kann Kohlensäure die Atmung unterhalten, doch ist die Kohlensäure nicht giftig. Eine Kerze [* 22] erlischt in Luft, welche 0,2 Volumen Kohlensäure enthält. Das spezifische Gewicht der Kohlensäure ist 1,524, und wegen dieses hohen Gewichts sammelt sich Kohlensäure, welche sich in abgeschlossenen Räumen entwickelt, am Boden
[* 10] ^[Abb.: Fig. 1. Kohlensäureentwickelungsapparat.]
[* 10] ^[Abb.: Fig. 2. Kindlerscher Ofen.] ¶
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derselben und kann in Kellern, Brunnen [* 24] und Höhlungen Erstickungen herbeiführen. Ist die angesammelte Schicht niedrig, so stirbt ein Hund, welcher den Raum betritt, während ein aufrecht gehender Mensch ungefährdet bleibt (daher der Name der »Hundsgrotte« [s. d.] in Unteritalien). 1 Vol. Wasser absorbiert bei 0°: 1,797 Vol. Kohlensäure, bei 5°: 1,450 Vol., bei 10°: 1,185 Vol., bei 15°: 1 Vol., bei 20°: 0,9 Vol.;
Alkohol absorbiert bei 0°: 4,33 Vol., bei 20°: 3 Vol.;
auch in Äther ist Kohlensäure leicht löslich.
Bis zu einem Druck von 3 Atmosphären bleibt das bei 15° vom Wasser absorbierbare Volumen Kohlensäure annähernd dasselbe, bei 7 Atmosphären nimmt Wasser aber nur 5 Vol. auf. Wenn man Kohlensäure stark abkühlt und zugleich auf ein kleines Volumen zusammenpreßt, indem man sie mit Hilfe einer starken Druckpumpe in ein sehr festes, gut abgekühltes eisernes Gefäß [* 25] treibt, so wird sie zu einer Flüssigkeit verdichtet (bei 0° unter einem Druck von 36 Atmosphären). Flüssige Kohlensäure findet sich in mikroskopisch kleinen Bläschen in vielen Mineralien [* 26] (Quarz, Topas, [* 27] Saphir, Labradorit und in Augit, [* 28] Olivin, [* 29] Feldspat von Basalt und Basaltlava).
Sie ist farblos, durchsichtig, leicht beweglich, vom spez. Gew. 0,947, dehnt sich beim Erwärmen sehr stark aus, ist wenig löslich in Wasser, mischbar mit Alkohol, Äther, Terpentinöl, siedet bei -78°, verdampft an der Luft äußerst schnell und entwickelt dabei so bedeutende Kälte, daß der noch flüssige Teil bald zu einer lockern weißen Masse erstarrt. Diese verdunstet viel weniger schnell als die flüssige Kohlensäure, gleitet bei leichter Berührung mit dem Finger infolge starker Gasbildung ab, erzeugt, auf die Haut [* 30] gedrückt, eine Brandblase und Wunde, schmilzt bei -65°. Durch Verdunstung der starren an der Luft entsteht eine Temperatur von -78°; rascher verdampft ein Brei von starrer K und Äther, und einen solchen, in welchem die Temperatur unter der Luftpumpe [* 31] auf -110° sinkt, benutzt man als sehr kräftig wirkende Kältemischung. Flüssige Kohlensäure erstarrt darin zu einer eisähnlichen Masse.
Kohlensäure wird von kohlensauren, stärker von ätzenden Alkalien und Ätzkalk, Ätzbaryt etc., sehr lebhaft von einer lockern Mischung aus gleichen Teilen Ätzkalk und gepulvertem schwefelsauren Natron absorbiert;
mit Kalium oder Magnesium erhitzt, wird sie unter Abscheidung von Kohlenstoff zersetzt;
mit Kohle geglüht, gibt sie Kohlenoxyd;
auch glühendes Eisen [* 32] entzieht ihr Sauerstoff;
leitet man sie über erhitztes Natrium, so entsteht oxalsaures Natron;
mit Kalium gibt feuchte Kohlensäure ameisensaures Kali.
Gasförmige und in Wasser gelöste Kohlensäure gibt mit Kalkwasser einen Niederschlag von kohlensaurem Kalk; ein großer Überschuß von Kohlensäure löst aber diesen Niederschlag wieder zu doppeltkohlensaurem Kalk, und wenn man diese Lösung an der Luft stehen läßt oder erhitzt, so entweicht die Hälfte der Kohlensäure, und kohlensaurer Kalk scheidet sich aus. Das Gas, welches man gewöhnlich Kohlensäure nennt, ist Kohlensäureanhydrid. Die eigentliche Kohlensäure H2CO3 ist nicht bekannt, sie ist in der wässerigen Lösung des Kohlensäureanhydrids enthalten, aber so leicht zersetzbar, daß sie nicht isoliert werden kann.
Die Kohlensäure spielt in der Natur eine große Rolle. Sie wird von den Pflanzen aufgenommen und unter dem Einfluß des Lichts in den chlorophyllhaltigen Zellen gleichzeitig mit Wasser unter Abscheidung von Sauerstoff in organische Substanz verwandelt. Denkt man sich ein Kohlehydrat als erstes Produkt dieses Prozesses, so erhellt dessen Bildung aus folgender Gleichung:
6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 12O ^[6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 12O]
Kohlensäure Wasser Zucker Sauerstoff.
Die Pflanzen atmen also ein und Sauerstoff aus, die Tiere dagegen atmen umgekehrt Sauerstoff ein und Kohlensäure aus, und alle von den Pflanzen erzeugte organische Substanz wird durch den Stoffwechsel der Tiere, durch Verbrennung, Fäulnis und Verwesung, wieder in Kohlensäure und Wasser verwandelt. Der tierische Körper sucht sich der in seiner Blutbahn gebildeten Kohlensäure möglichst schnell zu entledigen; häuft sich die Kohlensäure im Blut an, so entsteht sofort Gefahr, und wenn nicht schnell Hilfe geschafft werden kann, erfolgt der Tod. In bestimmter Konzentration eingeatmet, erzeugt Kohlensäure Stimmritzenkrampf, daher die sofort eintretende Unmöglichkeit, in reiner Kohlensäure weiter zu atmen.
Beim Trinken von kohlensäurereichem Wasser scheint der Appetit angeregt zu werden, die Verdauung wird befördert, die Harnabscheidung gesteigert. Bei Einwirkung von auf die äußere Haut tritt Gefühl von Wärme [* 33] und Behaglichkeit auf, Schweiß bricht aus, und es zeigen sich dieselben Erscheinungen wie beim Einatmen verdünnter Kohlensäure (Schwindel, Kopfschmerz, Brechneigung, Dyspnoe); bei starker lokaler Einwirkung erfolgt zuletzt Anästhesie. Man benutzt kohlensäurereiches Wasser (Säuerlinge, künstliche Mineralwässer, Sodawasser) als kühlendes, durstlöschendes Mittel, bei verschiedenen Affektionen des Magens und der Respirationsorgane, äußerlich in Form von Bädern, Douchen gegen Rheumatismus, Lähmungen etc. Das Gas wird gegen chronische Katarrhe eingeatmet und äußerlich bei Krankheiten der weiblichen Geschlechtsorgane, bei alten Geschwüren etc. benutzt; auch ist es als anästhetisches Mittel empfohlen worden.
In der Technik dient Kohlensäure zur Darstellung von Bleiweiß, [* 34] Soda und doppeltkohlensaurem Natron, zum Saturieren der Runkelrübensäfte in der Zuckerfabrikation, zur Darstellung künstlicher Mineralwässer, als Feuerlöschmittel etc. Flüssige Kohlensäure, welche in schmiedeeisernen Flaschen in den Handel gebracht wird, dient zum Betrieb von Bierdruckapparaten und Dampffeuerspritzen, zur Darstellung künstlicher Mineralwässer und zur Verdichtung von Stahl- und Neusilberguß. Kohlensäure wurde zuerst durch van Helmont von der gewöhnlichen Luft unterschieden. Black zeigte, daß sie von den Alkalien gebunden, fixiert, wird, und nannte sie fixe Luft; Bergman gab 1774 eine vollständige Geschichte der Luftsäure, aber erst Lavoisier erkannte ihre chemische Natur.
Vgl. Luhmann, Die Kohlensäure (Wien [* 35] 1885).