Beobachtung

Gelöstes Gas im Wasser

Wenn die Brausetablette in das Wasser gegeben wird, steigen Gasblasen auf (Abb. 4.1, Abb. 6). Das Wasser trübt und färbt sich, je nachdem was für eine Brausetablette du verwendet hast. Das pH-Papier zeigt eine gelbe Färbung.

Menge der Gasentwicklung

Zum einen kannst du beobachten, dass sich bei der ersten Brausetablette weniger Gas im Messzylinder sammelt als bei der zweiten Brausetablette. Zum anderen kannst du beobachten, dass sich bei dem warmen Wasser mehr Gas sammelt als bei dem kalten Wasser.

Überprüfung des Gases

Wenn du das Gas in die Calciumhydroxid-Lösung leitest, trübt sich die Lösung (Abb. 5.1, Abb. 6).

Ergebnis

Gelöstes Gas im Wasser

Wenn sich die Calciumhydroxid-Lösung trübt, ist dies ein Nachweis für das Gas Kohlenstoffdioxid. Calciumhydroxid reagiert mit Kohlenstoffdioxid zu Calciumcarbonat (Kalk) und Wasser. Das Calciumcarbonat kennst du aus dem Alltag als Kalk und es fällt als weißer Feststoff aus, weswegen sich die Lösung trübt.

\(\ce{Ca(OH)_2 + CO_2 -> CaCO_3 + H_2O}\)

Damit eine Brausetablette oder ein Brausepulver mit Wasser Kohlenstoffdioxid bildet, werden zwei Komponenten benötigt: ein Carbonat als Base und eine Säure. In der Brausetablette sind meist Natriumhydrogencarbonat $\ce{(NaHCO3)}$ und Citronensäure $\ce{(C6H8O7)}$ enthalten. Wenn du die Braustablette in Wasser gibst, kommt es zu folgender Reaktion:

Natriumhydrogencarbonat und Citronensäure reagieren zu Natriumcitrat und Wasser und Kohlenstoffdioxid.

$\ce{3 NaHCO3 + C6H8O7 -> Na3C6H5O7 + 3 H2O + 3 CO2}$

Menge der Gasentwicklung

Wie du in der Reaktionsgleichung erkennen kannst, entsteht Kohlenstoffdioxid. Das Kohlenstoffdioxid reagiert teilweise mit dem Wasser zu Dihydrogencarbonat:

$\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3}$

Kohlenstoffdioxid und Wasser stehen im Gleichgewicht zu dem Hydrogencarbonat in der wässrigen Lösung. Dieses Gleichgewicht wird durch unterschiedliche Faktoren beeinflusst.

1. In dem Wasser kann nur so viel Kohlenstoffdioxid gelöst werden, bis die Lösung gesättigt ist. Deshalb konnte sich bei der ersten Brausetablette mehr Kohlenstoffdioxid lösen als bei der zweiten. Bei der zweiten Brausetablette wurde zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Sättigung der Lösung erreicht. Das bedeutet, es konnte sich kein weiteres Kohlenstoffdioxid in dem Wasser lösen. In Folge dessen ist das Kohlenstoffdioxid als Gas nach oben gestiegen.

2. Je wärmer das Wasser ist, desto weniger Kohlenstoffdioxid kann sich im Wasser lösen. Bei wärmerem Wasser wird schneller eine Sättigung der Lösung erreicht. Deshalb ist bei dem warmen Wasser mehr Kohlenstoffdioxid als Gas nach oben gestiegen.

Veränderung des pH-Werts

Das Dihydrogencarbonat wirkt als Säure in der wässrigen Lösung. Deshalb verändert sich der pH-Wert des Wassers und wird leicht sauer.

Wie du mit dem Experiment erfahren konntest, kann sich im kalten Wasser mehr Kohlenstoffdioxid als Gas lösen als im warmen Wasser. Je wärmer das Wasser der Ozeane durch die Erderwärmung wird, desto weniger Kohlenstoffdioxid kann sich in dem Wasser lösen. Die Ozeane können den vermehrten Ausstoß an Kohlenstoffdioxid nicht mehr ausgleichen. Das führt dazu, dass immer mehr Kohlenstoffdioxid als Treibhausgas in der Atmosphäre wirken kann. Treibhausgase treiben die Erwärmung der Erde noch weiter voran.

Wie du mit dem Experiment sicherlich auch nachvollziehen kannst, löst sich Kohlenstoffdioxid besonders in dem Wasser der kalten Regionen der Erde, an den Polen. Je mehr Kohlenstoffdioxid durch Verbrennung und Industrie ausgestoßen wird, desto mehr löst sich davon im kalten Wasser. Das führt zur Veränderung des pH-Wertes des Wassers, was negative Auswirkungen auf die Lebewesen im Ozean hat. Erfahre mehr hierzu bei dem Modellversuch zur Versauerung der Meere.