a) Kohlendioxid
Vorkommen:
Kohlendioxid (E 290) ist das Produkt einer vollständigen Verbrennung von Kohlenwasserstoffverbindungen. In der Luft kommt Kohlendioxid als natürliches Gas mit einem Anteil von 0.03 Vol-% vor. Es ist Grundlage für die Photosynthese der Pflanzen. Vom Körper wird es über die Lungen als Endprodukt der Atmung ausgeschieden. Im Körper selber wird es im Blut als Kohlensäure transportiert und nimmt so Einfluss auf den pH-Wert sowie die Farbe des Blutes (venöses und arterielles Blut).
Aufbau:
Kohlendioxid ist ein Gas mit der Strukturformel CO2.
Eigenschaften:
Die wohl bekannteste Eigenschaft von Kohlendioxid ist, dass es Getränke zum Sprudeln bringen kann. Dies hängt damit zusammen, dass dieses Gas in Wasser löslich ist, und zwar desto besser, je höher der Druck und je tiefer die Temperatur ist. Wenn eine Flasche geöffnet wird, sinkt der Druck im Innern ab, die Löslichkeit des Kohlendioxids wird dadurch herabgesetzt und das Gas entweicht sofort in Form von kleinen Blasen und bringt das Getränk zum Sprudeln und Schäumen. Je höher die Temperatur und je abrupter eine Flache geöffnet wird, desto heftiger entlöst sich das Gas und bringt damit z.B. auch Schaumweinkorken zum Knallen. Will man diesen Effekt verringern, sollte die Flasche möglichst kühl und nicht geschüttelt sowie langsam geöffnet werden. Damit ist der Gasdruck gering und der Druck kann sich langsam entspannen. Es entspricht übrigens auch nicht der feinen Art des Kenners einen teuren Champagner zu verpritzen anstatt ihn zu trinken.
Kohlendioxid ist schwerer als Luft, nicht brennbar, säuerlich schmeckend (z.B. in Mineralwasser, Sekt und Bier) und lässt sich unter Druck bei -57 °C verflüssigen resp. bei -84 °C verfestigen (Trockeneis). Der Siedepunkt liegt bei normalen Druckbedingungen tiefer als der Schmelzpunkt. Trockeneis, das nichts anderes als gefrorenes Kohlendioxid ist, geht deshalb vom festen direkt in den gasförmigen Zustand über. Man nennt diesen Vorgang 'Sublimation'. Es entstehen dabei die aus dem Showbereich bekannten Effekte von Nebelschwaden in Bodennähe.
Kohlendioxid hat aufgrund seiner Eigenschaften in der Erdatmosphäre einen wichtigen Einfluss. Es wird zu den sogenannten Treibhausgasen gezählt, die eine Aufheizung der Erdamosphäre bewirken.
Ist Kohlendioxid schädlich?
Kohlendioxid ist aufgrund seiner Reaktionsträgheit nicht direkt giftig für den Körper, sofern gleichzeitig eine genügende Sauerstoffzufuhr gewährleistet ist. Der Mensch kann auch bei einem Kohelndioxidgehalt von 2.5 % problemlos atmen. Luft mit 4 bis 5 % Kohlendioxid kann bei längerer Exposition zu Bewusstlosigkeit führen. 8 % führen nach 30-60 min zu Bewusstlosigkeit und schliesslich zum Tod. Bei dieser Konzentration erlischt auch eine Kerze, weshalb man die Luft in Bergwerken und Gärkellern auf diese Art leicht hinsichtlich ihrer Atembarkeit prüfen kann. Geringere Kohlendioxidmengen üben einen starken Reiz auf das Atmungszentrum aus, so dass die Atmung beschleunigt und vertieft wird. Der Mensch atmet deshalb in Ruhe bei einem Kohlendioxidgehalt der Luft von 3 % durchschnittlich 6.5 Luft l pro min, während bei 5 % 11.7 l und bei 7 % sogar gegen 22 l Luft benötigt werden. Nach einer Exposition in zu hohen Kohlendioxidkonzentrationen (Kohlendioxid-Vergiftung) erholt sich der Körper rasch und meist vollständig, weil er vom normalen Stoffwechsel her auf die Ausscheidung grosser Kohlendioxidmengen ausgelegt ist. Das über Mineralwasser und Sekt aufgenommene Kohlendioxid hat keine schädliche Wirkung, weil es entweder rasch wieder direkt abgegeben wird (Ruktus, 'Rülpsen') oder via Blutkreislauf und Lungen ausgeatmet wird.
Anwendung:
Kohlendioxid wird in der Lebensmittelindustrie in flüssiger Form als Gefriermittel eingesetzt (Eiswarenherstellung). Ausserdem spielt es in der Getränkeindustrie eine wichtige Rolle. Es dient bei vielen Mineral- und Tafelwässern in gelöster Form (Kohlensäure) als eine Art Konservierungsmittel. Die Getränke werden mit Kohlendioxid versetzt und entsprechend unter Druck gesetzt (Böhi-Verfahren). Dadurch lässt ich einerseits die mikrobiologische Stabilität erhöhen und andererseits lassen sich chemische Veränderungen durch den verdrängten Sauerstoff vermeiden. Die Sprudelbildung durch das sich entlösende Gas hat nach dem Öffnen dazu noch einen erfrischenden Effekt für den Konsumenten und ist für gewisse Getränke auch aus geschmacklichen Gründen unabdingbar (Bier, Sekt). Die umgesetzten Mengen an Kohlendioxid dürfen nicht unterschätzt werden. Bei der Herstellung von Bier entstehen bei jedem Hektoliter Bier 1.3 kg Kohlendioxid resp. pro kg Alkohol 0.7 kg. Es ist nicht verwunderlich, dass heute das Kohlendioxid in vielen Brauereien gesammelt und wieder anderen Zwecken zugeführt wird.
Bekannt ist, dass der Alkohol von kohlendioxidhaltigen, alkoholischen Getränken rascher ins Blut übergeht. Dies führt dazu, dass beispielsweise Sekt schneller berauscht, als ein vom Alkoholgehalt her vergleichbares Getränk ohne Kohlendioxid.
b) Kohlensäure.
Kohlensäure ist eine schwache, zweibasische Säure mit der Strukturformel H2CO3. Die Salze werden Karbonate und Bikarbonate genannt. Beim Erwärmen wird Kohlendioxidgas abgegeben, das allgemein als Kohlensäure bezeichnet wird, aber eigentlich Kohlendioxid ist. Sie ist auch ein Stoffwechselprodukt aus dem Abbau organischer Nahrungsmittel. Sie wird im Stoffwechsel vom Blut resp. den roten Blutkörperchen zu den Lungen transportiert und dort als Kohlendioxid ausgeatmet. Der Gehalt an Kohlensäure im Blut reguliert via pH-Wert desselben sowohl Atmung, Blutkreislauf wie auch die Weite der Blutkapillaren.
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