In der unbelebten Natur spielt Kohlendioxid eine wichtige Rolle: Das Gas ist entweder Produkt oder Edukt vieler chemischer Reaktionen in natürlichen und technischen Systemen. Ebenfalls hat Kohlendioxid in der belebten Natur seinen festen Platz: Kohlendioxid ist beteiligt an den wichtigsten Stoffwechselvorgängen unserer Erde, der Fotosynthese und der Atmung. Geologische Phänomene wie Gesteinsbildung und Vulkanismus haben auch mit Kohlendioxid zu tun und die Folgen von diesem Gas für unser Klima und unsere Umwelt sind erheblich. Schüler werden diesem Gas auch täglich im Haushalt begegnen: als Packgas, als Aerosol-Treibmittel und in Erfrischungsgetränken.

Kohlendioxid spielt ebenfalls eine wichtige Rolle bei der Herstellung von Brot, Alkohol und beim Kuchenbacken. Es findet sich z. B. auch in Feuerlöschern, die sich in jedem Haushalt befinden sollten. Kohlendioxid ist ein allgegenwärtiges, farbloses, geruchloses und nicht brennbares Gas. Die chemische Formel lautet CO2. 0,035% der Luft der Erdatmosphäre bestehen aus Kohlendioxid. Wir atmen es ständig ein und aus (Anteil der ausgeatmeten Luft ist 4 %) und jeder Mensch produziert in 24 Stunden durchschnittlich 350 Liter Kohlendioxid. Das Gas ist in den Kreislauf von Fotosynthese und Atmung eingebunden und das Gleichgewicht zwischen dem produzierten und dem verbrauchten CO2 gewährleistet die Existenz der Menschen, Tiere und Pflanzen.

Durch eine vermehrte Produktion von Kohlendioxid, wie sie durch ungezügelte Verbrennung von fossilen Energieträgern entsteht, kann das empfindliche Gleichgewicht zwischen produziertem und verbrauchtem Kohlendioxid gestört werden. Es kann eine Klimaveränderung entstehen. In der Atmosphäre von Venus und Mars gibt es eine sehr viel höhere Menge an Kohlendioxid als in der Erdatmosphäre. Ursprünglich gab es in der Uratmosphäre der Erde vor 4,3 Milliarden Jahren sehr viel mehr CO2 als heute. Es wurde aber im Laufe der Jahrtausende mit Hilfe mächtiger Wasservorkommen als Carbonat gebunden. Auf Mars und Venus gibt es kein Wasser, so dass dort der Kohlenstoff ungebunden blieb, während auf der Erde ganze Gebirgszüge aus Calciumcarbonat (Kalk) und Magnesiumcarbonat gebildet wurden.

Kohlendioxid wird oft bei Vulkanausbrüchen freigesetzt und strömt oft aus Erdspalten. In der Hundsgrotte bei Nepal z. B. sammelt sich das Gas dicht über dem Boden, da es schwerer als Luft ist, beziehungsweise da es eine höhere Dichte hat. Menschen können darin gehen, Hunde aber ersticken. Es ist bekannt, dass sich das Gas auch in Gärkellern anreichert. Ein Kellermeister geht deshalb immer mit einer brennenden Kerze durch den Keller. Erlischt die Kerze (das geschieht bereits bei einem Sauerstoffgehalt von 15-16 %), so besteht akute Erstickungsgefahr und der Mensch muss den Keller sofort verlassen. Bei allen Verbrennungsvorgängen mit fossilen Brennstoffen entsteht Kohlendioxid.

Neben Kohlendioxid entsteht natürlich noch Wasser, das in Dampfform ebenfalls z. B. den Auspuff verlässt. Wenn eine Brausetablette mit Wasser in Kontakt kommt, schäumt es, weil hierbei Kohlendioxid entsteht. Das Gleiche gilt für Backpulver. Backpulver enthält Natriumhydrogencarbonat und eine feste organische Säure, z. B. Weinsäure, Ascorbinsäure oder Zitronensäure. Damit die beiden reaktiven Komponenten nicht bereits im festen Zustand miteinander reagieren können, wird noch ein sogenanntes Trennmittel, meistens Stärke, zugefügt. Bei der Zugabe von Wasser aber kommt es zu der gewünschten Reaktion: HCO3- + H+ ———> H2O + CO2

Eine besondere Bedeutung hat das Kohlendioxid-Gas in unserer Atmosphäre im Zusammenhang mit dem Treibhauseffekt. Unsere Erdatmosphäre lässt das sichtbare Licht durch. Es wird von der Erdoberfläche zum Teil absorbiert, zum Teil aber als Ultrarotstrahlung zurückgeworfen. Diese Strahlung wird nun von dem zur Atmosphäre gehörenden Wasserdampf und Kohlendioxid absorbiert, d. h. sie wird festgehalten und sorgt für eine Temperaturerhöhung auf der Erde.

Dieser so genannte natürliche Treibhauseffekt ermöglicht in weiten Bereichen das Leben auf unserer Erde. Man schätzt, dass dadurch die durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche von -18 °C auf +15 °C angehoben wird. Für diesen Effekt ist zu etwa 66 % der Wasserdampf und zu 25 % das Kohlendioxid verantwortlich. Zu etwa 2% wird der Effekt durch Methan verursacht. Wird heute von Treibhauseffekt gesprochen, so wird damit auf eine zusätzliche Erwärmung der Erdoberfläche durch eine Zunahme des Kohlendioxids und des Methans (z. B. aus Großtierhaltungen und Verlust bei der Förderung des Erdgases) in der Erdatmosphäre hingewiesen.

Die rechnergestützten Modelle sagen bei der derzeitigen Kohlendioxidproduktion durch Verbrennungsprozesse eine Zunahme der Erdtemperatur von 2 bis 4 °C voraus. Als Folge dieser Zunahme kommt es zu einer Klimaverschiebung und zum Anstieg des Meerwassers z. B. durch Abschmelzen der Eismassen an den Polen.

Kohlendioxid ist in Wasser gut löslich. In den Ozeanen sind 0,0005% Kohlendioxid gelöst, dieser Anteil entspricht eine Menge von 1,3 · 1014 Tonnen. Druck und Temperatur spielen bei der Löslichkeit eine Rolle. Kommt Kohlendioxid mit Wasser in Verbindung, so entsteht Kohlensäure.

CO2 + H2O ———> H2CO3 Mit Säure-Base- Indikatoren lässt sich die schwache Säure nachweisen.

Die Kohlensäure in Getränken und speziell in Bädern regt den Kreislauf an. Es kommt zu einer nachweisbaren besseren Durchblutung der Haut, wenn in kohlensäurehaltigem Wasser gebadet wird. In der Atemluft darf die Konzentration von Kohlendioxid nicht zu hoch sein. Es kommt bei einer Konzentration von 8 bis 10 % Kohlendioxid in der Atemluft zu Kopfschmerzen, Schwindel und Erregungen und der Blutdruck steigt.

Bei einer Konzentration von über 10 % des Gases wird der betroffene Mensch rasch bewusstlos und bei einer Konzentration über 15 % treten Lähmungen auf, die dann zum Tode führen. Kohlenhydrate werden im Organismus vor allem zur Freisetzung von Energie verwendet. Bei diesen komplexen und enzymgebundenen Prozessen entsteht Kohlendioxid, das man in der ausgeatmeten Luft nachweisen kann.

Das dabei entstandene Kohlendioxid wird vom Blut aufgenommen, in die Lunge transportiert und mit dem Atem ausgeschieden. Auch diese Vorgänge sind enzymatisch gesteuert. Im Blut bilden CO2 und HCO3- ein wichtiges Puffersystem [5]. Diese Seite ist Teil eines großen Webseitenangebots mit weiteren Texten und Experimentiervorschriften auf Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie. Letzte Überarbeitung: 14. Januar 2005, Dagmar Wiechoczek