Kohlensäure

Chemische Betrachtung von Kohlensäure

Chemisch gesehen ist Kohlensäure das Reaktionsprodukt des Gases Kohlendioxid mit Wasser. CO2 ist in Wasser löslich und reagiert zum Teil zu Kohlensäure: CO2 + H2O > H2CO3.
 
Wenn man umgangssprachlich von Kohlensäure spricht, ist in der Regel das austretende Gas CO2 gemeint. Interessanterweise tritt „echte“ Kohlensäure, fast nicht in Reinform auf, denn zum einen wird bei der Reaktion mit Wasser nur ein geringer Teil des CO2 umgewandelt, zum anderen zerfällt die gebildete äußerst instabile Kohlensäure (H2CO3), schnell wieder in Bicarbonat-Ionen (HCO3-) und Protonen (H+). Praktisch bedeutet dies, dass Kohlensäure bei Anwesenheit von Wasser nur gelöst vorkommt.
 
Andere Namen für Kohlensäure sind: Kohlenstoffsäure, Dihydrogencarbonat, Hydroxyameisensäure oder Hydroxymethansäure.

Bedeutung von Kohlensäure

Wie beschrieben wird das Gas CO2 meist als Kohlensäure bezeichnet. Unabhängig davon ist die Summe des in Wasser gelösten CO2 und der vorhandene Kohlensäure von großer Bedeutung für das Säure-Basen-Gleichgewicht in Wasser aber auch in besonderem Maße für den des Blutes und der Körperflüssigkeiten. Der Säure-Basen-Haushalt regelt einige wichtige Stoffwechselfunktionen in unserem Organismus.

Bedeutung der Kohlensäure für die Atmung

Die Umgebungsluft enthält 78% Stickstoff, 21 % Sauerstoff und verschiedene Edelgase, Wasserdampf und 0,04% CO2. Unsere Ausatemluft enthält immer noch 78% Stickstoff , aber nur noch 17% Sauerstoff und 4% Kohlendioxid. Das CO2 ist der „Schalter“ bei der Atemregulation.
 
In Abhängigkeit vom CO2 Gehalt vertieft oder beschleunigt der Körper die Atmung. Das bedeutet, dass es nicht der Sauerstoffmangel ist, der den Einatemvorgang auslöst, sondern ein CO2-Überschuß. Der Körper atmet ein um das CO2 aus zu atmen und dadurch die Konzentration zu senken. Bei stark erhöhter Atemfrequenz und damit verbunden einer zu flachen Atmung kommt es nicht zum verstärkten Ausatmen von CO2. Dieser Hyperventilation genannte Vorgang kann zur Ohnmacht führen.

Kohlensäure als Getränkezusatz

Am bekanntesten ist die Verwendung als Getränkezusatz in Mineralwässern und Erfrischungsgetränken.  Der Zerfall der Kohlensäure unter anderem in Protonen hat einen säuerlichen Geschmack zur Folge. Darüber hinaus sorgt Kohlensäure (hier das CO2) durch das bekannte Prickeln für eine gute Durchblutung der Mundschleimhaut und regt so die Speichelproduktion an – einem läuft buchstäblich das Wasser im Mund zusammen. Das „Blubbern“ führt auch dazu, dass der Magen gefüllt wird, weshalb beispielsweise Sportler Wässer ohne oder mit wenig Kohlensäure bevorzugen.
 
Der Grund weshalb sich Erfrischungsgetränke mit Kohlensäure durchgesetzt haben, ist zunächst historisch und dann verfahrenstechnisch zu sehen. Die deutschen Mineralwasservorkommen liegen zum großen Teil in Regionen vulkanischen Ursprungs. Das dort vorhandene Gestein ist stark kohlendioxidhaltig und das Wasser nimmt dieses Gas auf. Es entsteht (s.o.) unter anderem Kohlensäure. An traditionellen Standorten der Mineralwassergewinnung wie dem hessischen Nordselters oder Selters an der Lahn wurde seit jeher ein Wasser mit einem hohen Anteil an Kohlensäure und einem entsprechend säuerlichen Geschmack gewonnen. So hat sich die Geschmacksrichtung „Sprudel“ überwiegend in Deutschland für Mineralwässer durchgesetzt.
 
Verfahrenstechnisch gesehen wirkt die Kohlensäure im Wasser bakterienhemmend und hält so das Produkt länger frisch.
 
Heutige Mineralwässer enthalten oft nicht von Natur aus Kohlensäure, sondern wurden nachträglich mit Kohlensäure versetzt.

Technische Anwendungen von Kohlensäure

Auch in technischen Anwendungen spielt Kohlensäure ein große Rolle als Reaktionspartner, zum Beispiel beim Entcarbonisieren (Entkalken) von Wasser oder in der Kunststoffherstellung.

Kohlensäure im Brandschutz

Kohlensäure wird bei der Feuerwehr und in automatischen Löschanlagen in der Industrie als Löschmittel eingesetzt.
Der Grund ist einfach: Ausströmende Kohlensäure nimmt der Umgebung den Sauerstoff und bringt das Feuer zum Erlöschen. Der Löschvorgang auf diese Art und Weise is teine saubere Sache. Es entsteht weder Wasserschaden noch Schaden durch Löschschaum.

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