Beobachtung

Nach ein paar Minuten steigt im Inneren des Zylinders das Wasser und außerhalb des Zylinders sinkt das Wasser. Dann erlischt die Flamme des Teelichts.

Wartest du noch einen Moment, färbt sich der Indikator an der Oberfläche des Wassers im Zylinder gelb.

Falls du als Zusatz Eiswürfel in die Schale gegeben hast (siehe Tipp), kannst du eventuell Folgendes beobachten:

Nach noch längerem Warten färbt sich der Indikator des gesamten Wassers im Becherglas gelb. Vielleicht kannst du auch gelbe Schlieren erkennen, über die sich die gelbe Farbe langsam ausbreitet.

Ergebnis

Bei der Verbrennung des Teelichts reagiert Kerzenwachs mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser im Becherglas zu Kohlensäure, die sich als Oxonium- und Carbonat-Ionen löst. Dabei sind die Oxonium-Ionen für den Farbumschlag des Indikators verantwortlich, der einen sauren pH-Wert anzeigt.

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

$\ce{H2CO3 + 2 H2O <=> 2 H3O^+ + CO3^2-}$

Bei dieser Reaktion verringert sich der Luftdruck innerhalb des Zylinders. Der Luftdruck ist im Zylinder niedriger als außerhalb des Zylinders. Aus diesem Grund steigt zum Druckausgleich im Zylinder die wässrige Lösung, während der Füllstand außerhalb des Zylinder sinkt.

Wenn du nach dem Experiment noch Eiswürfel hinzugegeben hast (siehe Tipp):

Gibst du Eiswürfel in die wässrige Lösung, verringert sich die Temperatur der wässrigen Lösung an der Oberfläche, wo die Eiswürfel sind. Die größte Dichte hat Wasser bei $\ce{4°C}$. Das bedeutet, dass das kalte Wasser auf den Boden der Glaswanne sowie des Zylinders strömt. Diese Ströme nennen wir Konvektion. Durch die Konvektion durchmischt sich die saure Lösung innerhalb des gesamten Becherglases.

a) An der Wasseroberfläche findet der Lösungsvorgang des Kohlenstoffdioxids aus der Luft ins Wasser statt. Der gelöste Teil des Kohlenstoffdioxids, der mit dem Wasser zur Kohlensäure reagiert, ist für den sauren pH-Wert an der Wasseroberfläche verantwortlich. Dadurch, dass die Wasseroberfläche wärmer ist als das Wasser in den Tiefen der Ozeane, entsteht eine Konvektion. Diese vertikal verlaufenden Ströme bzw. Kreisläufe durchmischen das Oberflächenwasser mit dem Tiefwasser. Folglich wird die Kohlensäure in die Tiefe getragen. An der Wasseroberfläche kann dann noch mehr Kohlenstoffdioxid gelöst werden. Besonders in den Tiefen leben Krustentiere und Korallen, für die schon eine leichte Veränderung des pH-Werts zur Folge hat, dass sich die kalkhaltigen Panzer in dem sauren Milieu lösen.

b) Dort, wo wir Menschen leben, ist der Ausstoß von Kohlenstoffdioxid besonders hoch. In diesen Regionen löst sich besonders viel Kohlenstoffdioxid im Wasser der Meere und Ozeane. Zudem reagiert mehr Kohlenstoffdioxid mit Wasser zu Kohlensäure. Wasser kann nur eine bestimmte Menge an Kohlenstoffdioxid lösen, bis eine Sättigung erreicht ist (siehe auch Brausetabletten-Versuch).  

Trotzdem kann sich immer weiter Kohlenstoffdioxid lösen, weil dieser durch die Meeresströmungen weitergetragen und verbreitet wird. Dadurch sinkt die Konzentration gelösten Kohlenstoffdioxids in der Region, wo vermehrt Kohlenstoffdioxid ausgestoßen wird. Kohlenstoffdioxid kann sich weiterhin lösen, bevor eine Sättigung irgendwann erreicht ist.

Wie du auf der Karte der thermohalinen Zirkulation erkennen kannst, strömt das warme Wasser Richtung Nord- und Südpol, wodurch kaltes Wasser entgegengesetzt nachströmt. Kreisläufe entstehen. Das Wasser mit dem gelösten Kohlenstoffdioxid strömt von den menschenreichen Regionen Richtung Pole. Dadurch, dass dort das Wasser abkühlt, kann sich dort mehr Kohlenstoffdioxid lösen (für diesen Effekt siehe auch Brausetabletten-Versuch).

Die Versauerung der Meere breitet sich global aus und stellt eine Gefährdung für Lebewesen im Wasser und an Land dar.