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Kohlenstoff und seine Oxide

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André Otto
Kohlenstoff und seine Oxide
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Kohlenstoff und seine Oxide

Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid – Oxide des Kohlenstoffs

Von einem bekannten Oxid des Kohlenstoffs hast du vielleicht schon gehört: Kohlenstoffdioxid. Es ist als ungiftiges Gas in geringen Mengen ein natürlicher Bestandteil der Luft. In der Schule oder aus anderen Quellen hast du bestimmt schon erfahren, dass Kohlenstoffdioxid unser Klima beeinflussen kann. Manchmal wird Kohlenstoffdioxid sogar als Klimakiller bezeichnet. Tatsächlich trägt eine wachsende Konzentration an Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre zu einem Treibhauseffekt bei, der die mittlere Temperatur auf der Erde steigen lässt.
Es gibt aber noch ein weiteres Oxid des Kohlenstoffs: Kohlenstoffmonoxid. Als ein sehr giftiges Gas kann es schon in geringen Mengen tödlich wirken und dann tatsächlich ein Killer sein.
Wir klären zunächst, was Oxide im Allgemeinen sind, dann schauen wir uns die Chemie der Oxide des Kohlenstoffs an.

Oxide sind Verbindungen von chemischen Elementen mit dem Element Sauerstoff, das mit dem Symbol $\ce{O}$ dargestellt wird. Wenn Kohlenstoff, das mit dem Symbol $\ce{C}$ dargestellt wird, mit Sauerstoff reagiert, dann bilden sich die Oxide des Kohlenstoffs: Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ und Kohlenstoffmonoxid $\left( \ce{CO} \right)$. Die Oxide des Kohlenstoffs sind also Verbindungen aus Kohlenstoff und Sauerstoff.

Kohlenstoff kommt auf der Erde in relativ reiner Form als Kohle vor. Sauerstoff stellt mit gut 20 Prozent einen Hauptbestandteil der Luft dar, man spricht deswegen auch von Luftsauerstoff. Je nachdem wie viel Sauerstoff vorhanden ist, kann Kohlenstoff zu zwei unterschiedlichen Oxiden verbrennen: Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$, auch Kohlendioxid genannt, oder Kohlenstoffmonoxid $\left( \ce{CO} \right)$, vereinfacht Kohlenmonoxid.

Kohlenstoffdioxid

Sehen wir uns zuerst das bekanntere der beiden Oxide des Kohlenstoffs an: Kohlenstoffdioxid.

Kohlenstoffdioxid – Bildung des Oxids

Wenn ausreichend Sauerstoff vorhanden ist, dann bildet sich bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff mit Sauerstoff die Verbindung Kohlenstoffdioxid. Als Wortgleichung geschrieben sieht die Reaktionsgleichung so aus:

$\ce{Kohlenstoff + Sauerstoff -> Kohlenstoffdioxid}$

Setzen wir die chemischen Symbole ein, bilden also die Formelgleichung, dann lautet die Reaktionsgleichung wie folgt:

$\ce{C + O2 -> CO2}$

Man sieht, dass im Molekül Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ ein Kohlenstoffatom mit zwei Sauerstoffatomen verbunden ist. Die Strukturformel bzw. Valenzstrichformel für Kohlenstoffdioxid muss daher wie folgt lauten:

$\overline{\underline{\ce{O}}}=\ce{C}=\overline{\underline{\ce{O}}}$

Die Doppelbindungen im Molekül werden gebildet, um die Oktettregel zu erfüllen. Daraus ergibt sich eine lineare Struktur des $\ce{CO2}$-Moleküls.

Kohlenstoffdioxid – physikalische Eigenschaften

Im folgenden Steckbrief sind die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid zusammengefasst:

Steckbrief   $\ce{CO2}$
Dichte $\rho$ $\pu{1,98 g//cm3} $
Sublimationstemperatur $\pu{-78,5 °C}$
Farbe farblos
Geruch geruchlos
Aggregatzustand gasförmig unter Normalbedingungen
Löslichkeit in Wasser etwas löslich
Besonderheit Absorption von Wärmestrahlung

Mit der Dichte $\rho = \pu{1,98 g//cm3} $ ist Kohlenstoffdioxid deutlich dichter als Luft, also schwerer bei gleichem Volumen. Am Sublimationspunkt bei $\pu{-78,5 °C}$ geht Kohlenstoffdioxid vom festen direkt in den gasförmigen Zustand über. Vielleicht kennst du schon das sogenannte Trockeneis. Das ist mindestens $\pu{-78,5 °C}$ kaltes, festes Kohlenstoffdioxid, das in vielen Anwendungen als Kühlmittel dient. Das unten stehende Foto zeigt dir, wie Trockeneis aussieht. Wenn du genau hinschaust, siehst du, wie es vom festen Zustand in den gasförmigen übergeht – es sublimiert!

Trockeneis
Trockeneis

Da Kohlenstoffdioxid auch etwas in Wasser löslich ist, können die Ozeane Kohlenstoffdioxid aus der Luft aufnehmen. Dieser Vorgang ist wichtig für die Entwicklung des Klimas. Das betrifft auch die Fähigkeit von Kohlenstoffdioxid, die von der Erde reflektierte Wärmestrahlung der Sonne zu absorbieren und auf die Erde zurückzustreuen. Deshalb sorgt ein steigender Kohlenstoffdioxid‑Gehalt in der Atmosphäre für steigende Temperaturen auf der Erde, auch bekannt als Treibhauseffekt.

Kohlenstoffdioxid – chemische Eigenschaften

Betrachten wir nun einige chemische Eigenschaften von Kohlenstoffdioxid:

  • Brennbarkeit: Kohlenstoffdioxid ist nicht brennbar, es kann zum Feuerlöschen verwendet werden. Diese Eigenschaft wird auch beim Kohlenstoffdioxid‑Nachweis mit der Glimmspanprobe ausgenutzt. Hierbei wird ein entzündeter, glühender Glimmspan durch Kohlenstoffdioxid gelöscht.
  • Löslichkeit in Wasser: Kohlenstoffdioxid ist in geringem Maße in Wasser löslich. Es bildet mit Wasser die instabile Kohlensäure $\left( \ce{H2CO3} \right)$:
    $\ce{CO2 + H2O <=> H2CO3}$
    Die Hin- und Rückreaktionspfeile deuten an, dass die Kohlensäure leicht wieder zu Wasser und Kohlenstoffdioxid zerfällt.
  • Reaktionen mit Hydroxiden: Kohlenstoffdioxid bildet mit Kalkwasser – das ist in Wasser gelöstes Calciumhydroxid $\left( \ce{Ca(OH)2} \right)$ – das schwer lösliche, weiße Salz Calciumcarbonat $\left( \ce{CaCO3}\right)$:
    $\ce{CO2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 v + H2O}$
    Der senkrecht nach unten zeigende Pfeil deutet an, dass Calciumcarbonat als weißer Niederschlag ausfällt, also unlöslich ist.
    In vergleichbarer Weise reagiert Kohlenstoffdioxid mit Barytwasser – das ist in Wasser gelöstes Bariumhydroxid $\left( \ce{Ba(OH)2} \right)$ und bildet Bariumcarbonat $\left( \ce{BaCO3}\right)$, das ebenfalls ausfällt:
    $\ce{CO2 + Ba(OH)2 -> BaCO3 v + H2O}$
    Diese beiden Fällungsreaktionen dienen auch als Nachweisreaktionen für Kohlenstoffdioxid.

Kohlenstoffdioxid in der Fotosynthese

Bei dem biologischen Prozess der Fotosynthese stellen Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Chlorophyll als Katalysator Traubenzucker – das ist Glucose mit der Formel $\ce{C6H12O6}$ – her:

$\ce{6 CO2 + 6 H2O ->[Chlorophyll] C6H12O6 + 6 O2}$

Die Fotosynthese der Pflanzen ist auch deswegen ein besonders wichtiger Prozess, weil Pflanzen damit das atmosphärische Kohlenstoffdioxid binden können.

Herstellung von Kohlenstoffdioxid

Große Mengen an Kohlenstoffdioxid entstehen als Nebenprodukt aus zahlreichen industriellen Verbrennungsprozessen. Kleine Mengen an Kohlenstoffdioxid gewinnt man im Labor aus der Reaktion von Carbonaten wie Calciumcarbonat $\left( \ce{CaCO3} \right)$ mit Salzsäure $\left( \ce{HCl} \right)$, zum Beispiel so:

$\ce{CaCO3 + 2 HCl -> CaCl2 + H2O + CO2}$

Außerdem entsteht bei unserer Atmung Kohlenstoffdioxid – unsere Ausatemluft enthält $\ce{CO2}$. Menschen betreiben, wie alle Tiere, Zellatmung. Das ist der zur Fotosynthese umgekehrte Prozess, bei dem in unseren Zellen Sauerstoff und Glucose zu Wasser und Kohlenstoffdioxid umgewandelt werden.

Verwendung von Kohlenstoffdioxid

  • Kohlenstoffdioxid ist nicht brennbar. Diese Eigenschaft wird bei Kohlenstoffdioxid‑Feuerlöschern genutzt, mit denen Brände erstickt werden können.
  • In Form von Trockeneis dient Kohlenstoffdioxid als Kühlmittel.
  • Kohlenstoffdioxid wird zur Extraktion von Koffein bei der Herstellung von koffeinfreiem Kaffee eingesetzt. In vergleichbarer Weise können Aromastoffe aus Majoran und Hopfen extrahiert werden.
  • Wenn Obst in Lagerräumen mit Kohlenstoffdioxid benebelt wird, bleibt es länger haltbar.
  • Bei der Aufzucht von Pflanzen werden diese manchmal mit Kohlenstoffdioxid begast, um besser zu wachsen.
  • Unter hohem Druck kann Kohlenstoffdioxid flüssig vorliegen, man kürzt es dann als $\ce{LCO2}$ (Liquid $\ce{CO2}$) ab. In dieser Form wird es als spezielles Reinigungsmittel genutzt.

Kohlenstoffmonoxid

Kommen wir nun zum zweiten, etwas weniger bekannten Oxid des Kohlenstoffs: Kohlenstoffmonoxid.

Achtung: Kohlenstoffmonoxid ist ein sehr giftiges Gas, es blockiert als sogenanntes Blutgift die Aufnahme von Sauerstoff und kann daher sehr schnell zu Bewusstlosigkeit und Tod führen.

Kohlenstoffmonoxid – Bildung des Oxids

Wenn nur wenig Sauerstoff vorhanden ist, dann bildet sich bei der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff mit Sauerstoff die Verbindung Kohlenstoffmonoxid. Die Verbrennung ist unvollständig, weil Kohlenstoffmonoxid unter geeigneten Bedingungen weiter zu Kohlenstoffdioxid verbrennen kann. Als Wortgleichung geschrieben sieht die Reaktionsgleichung wie folgt aus:

$\ce{Kohlenstoff + Sauerstoff -> Kohlenstoffmonoxid}$

Setzen wir die chemischen Symbole ein, dann lautet die Formelgleichung bzw. die korrekt ausgeglichene Reaktionsgleichung wie folgt:

$\ce{2 C + O2 -> 2 CO}$

Man sieht, dass im Molekül Kohlenstoffmonoxid $\left( \ce{CO} \right)$ ein Kohlenstoffatom mit nur einem Sauerstoffatom verbunden ist.
Die Valenzstrichformel für Kohlenstoffmonoxid muss daher wie folgt lauten:

$\ce{|C#O|}$

Im Molekül muss es eine Dreifachbindung geben, um die Oktettregel zu erfüllen. Das $\ce{CO}$-Moleküls hat damit – genau wie das $\ce{CO2}$-Moleküls – eine lineare Struktur.

Kohlenstoffmonoxid – physikalische Eigenschaften

Im folgenden Steckbrief haben wir wieder die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffmonoxid zusammengefasst:

Steckbrief   $\ce{CO}$
Dichte $\rho$ $\pu{1,25 g//cm3}$
Siedetemperatur $\pu{-191,5 °C}$
Farbe farblos
Geruch geruchlos
Aggregatzustand gasförmig
Löslichkeit geringe Löslichkeit in Wasser
Besonderheit sehr giftig, Blutgift

Die Giftigkeit von Kohlenstoffmonoxid ist auch deswegen sehr heimtückisch, weil das Gas eine mit Luft vergleichbare Dichte hat und dazu farblos und geruchlos ist!

Kohlenstoffmonoxid – chemische Eigenschaften

Kommen wir nun auch zu einigen chemische Eigenschaften von Kohlenstoffmonoxid:

  • Brennbarkeit: Kohlenstoffmonoxid ist brennbar und reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid:
    $\ce{2 CO + O2 -> 2 CO2}$
  • Reduktion von Metalloxiden: Kohlenstoffmonoxid ist ein gutes Reduktionsmittel. Es kann zum Beispiel das Eisenerz Eisen(III)‑oxid $\left( \ce{Fe2O3} \right)$ zu reinem Eisen reduzieren:
    $\ce{Fe2O3 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2}$

Meist entsteht Kohlenstoffmonoxid als Zwischenprodukt bei einer unvollständigen Verbrennung, bevor es (bei einer vollständigen Verbrennung) zum Endprodukt Kohlenstoffdioxid reagiert. Obwohl die Entstehung von $\ce{CO2}$ aufgrund seiner Eigenschaft als Treibhausgas heutzutage ein großes Problem ist, würde $\ce{CO}$ aufgrund seiner Giftigkeit auch keine wünschenswerte Alternative darstellen.

Herstellung und Verwendung von Kohlenstoffmonoxid

Kohlenstoffmonoxid wird nur in seltenen Fällen bewusst und absichtlich durch unvollständige Verbrennung hergestellt, denn es hat, abgesehen von seiner Rolle als Zwischenprodukt in vielen Oxidationsreaktionen, nur wenige direkte Anwendungen.

  • In der organischen Synthese dient Kohlenstoffmonoxid zur Herstellung einiger organischer Verbindungen. So reagiert Kohlenstoffmonoxid zum Beispiel mit Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$ in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators zu Methanol $\left( \ce{CH3OH} \right)$:
    $\ce{CO + 2 H2 ->[Katalysator] CH3OH}$
    Kohlenstoffmonoxid stellt damit einen wichtigen Bestandteil von sogenanntem Synthesegas dar, dass zur Synthese verschiedener Stoffe verwendet wird.
  • Früher, bis zur zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts, war Kohlenstoffmonoxid als Bestandteil des Stadtgases zu finden. Wegen der Giftigkeit ist dies heute nicht mehr der Fall.

In den Verbrennungsmotoren älterer Autos wurde Kohlenstoffmonoxid durch unvollständige Verbrennung gebildet. Seit der Fahrzeugkatalysator im Jahr $1993$ verpflichtend für alle Autos in der EU eingeführt wurde, hat sich die Giftigkeit der Autoabgase deutlich verringert. Dies ändert allerdings nichts an dem nach wie vor bedenklichen $\ce{CO2}$-Ausstoß von Verbrennungsmotoren. Anders als $\ce{CO}$ ist $\ce{CO2}$ zwar nicht giftig, jedoch erwiesenermaßen klimaschädlich.

Zusammenfassung zu Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid, den Oxiden des Kohlenstoffs

  • Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ und Kohlenstoffmonoxid $\left( \ce{CO} \right)$ sind die Oxide des Kohlenstoffs, also Verbindungen der Elemente Kohlenstoff $\left( \ce{C} \right)$ und Sauerstoff $\left( \ce{O} \right)$.
  • Beide Oxide sind unter Normalbedingungen farblose, geruchlose Gase.
  • Kohlenstoffdioxid $\left( \ce{CO2} \right)$ wird durch vollständige Verbrennung von Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Kohle, gebildet.
  • Kohlenstoffdioxid ist in geringen Mengen ein Teil unserer Atemluft und wird von Pflanzen benötigt, um Fotosynthese zu betreiben. Es wirkt aber auch als Treibhausgas, sodass die menschengemachte, unnatürlich schnelle Erhöhung der $\ce{CO2}$-Konzentration in der Erdatmosphäre den Klimawandel beschleunigt.
  • Kohlenstoffmonoxid $\left( \ce{CO} \right)$ entsteht durch unvollständige Verbrennung von Kohlenstoff.
  • Kohlenstoffmonoxid ist sehr giftig. Es wirkt als Blutgift, indem es die Aufnahme von Sauerstoff im Blut blockiert. Es wird aber auch in Synthesegas zur Synthese verschiedener organischer Verbindungen verwendet.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid – Oxide des Kohlenstoffs

Was ist Kohlenstoffdioxid?
Wie kann man Kohlenstoffdioxid nachweisen?
Wie entsteht Kohlenstoffdioxid?
Welche Farbe hat Kohlenstoffdioxid?
Woher kommt Kohlenstoffdioxid?
Welche Eigenschaften hat Kohlenstoffdioxid?
Warum ist Kohlenstoffdioxid gefährlich?
Warum hat das Kohlenstoffdioxid-Molekül zwei Doppelbindungen?
Warum eignet sich Kohlenstoffdioxid als Feuerlöschmittel?
Was ist die Abkürzung für Kohlenstoffdioxid?
Ist Kohlendioxid das Gleiche wie Kohlenstoffdioxid?
Was ist die Formel von Kohlenstoffdioxid?
Was ist Kohlenstoffmonoxid?
Wie entsteht Kohlenstoffmonoxid?
Warum ist Kohlenstoffmonoxid giftig?
Was ist der Unterschied zwischen Kohlenstoffdioxid und Kohlenstoffmonoxid?
Woher kommt Kohlenstoffmonoxid?
Was sind Oxide?
Wie entstehen Oxide?
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Transkript Kohlenstoff und seine Oxide

Einen schönen guten Tag und herzlich willkommen zum Video "Die Oxide des Kohlenstoffs". Was ist ein Oxid? Ein Oxid ist eine chemische Verbindung, die aus einem chemischen Element und dem chemischen Element Sauerstoff besteht. Ein Oxid des Kohlenstoffs besteht aus dem chemischen Element Kohlenstoff, repräsentiert durch das chemische Symbol C, und aus dem chemischen Element Sauerstoff, repräsentiert durch das chemische Symbol O. Kohlenstoff finden wir in der Natur in großen Mengen in der Kohle. Sauerstoff ist ein wichtiger Bestandteil unserer Luft. Beide Elemente bilden eine chemische Verbindung, die man als Oxid bezeichnet. Bei der Verbrennung von Kohle mit Luftsauerstoff bildet sich ein Gas. Die Wortgleichung lautet: Kohlenstoff + Sauerstoff -> Kohlenstoffdioxid. Die Formelgleichung lautet: C+O2->CO2. 1 Atom Kohlenstoff + 1 Molekül Sauerstoff -> 1 Molekül Kohlenstoffdioxid. Betrachten wir nun die chemische Verbindung Kohlenstoffdioxid mit der Formel CO2 etwas näher. Zunächst die physikalischen Eigenschaften: Kohlenstoffdioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es ist schwerer als Luft, etwa um den Faktor 1,5. Kohlenstoffdioxid ist in Wasser schwach löslich. Kohlenstoffdioxid absorbiert die Wärmestrahlung. Diese Eigenschaft führt zum bekannten Treibhauseffekt. Die chemischen Eigenschaften: Kohlenstoffdioxid brennt nicht und fördert die Verbrennung nicht. Kohlenstoffdioxid liefert mit Wasser die unbeständige Kohlensäure. Diese hat die chemische Formel H2CO3. Kohlenstoffdioxid reagiert mit Basen: Ba(OH)2+CO2->BaCO3+H2O. Die Base ist Bariumhydroxid, das wasserlöslich ist. Es bildet sich Bariumcarbonat, welches wasserunlöslich ist. Diese Reaktion dient zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid CO2. Kohlenstoffdioxid reagiert mit Wasser. Diese Reaktion ist nur möglich in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators, des grünen Blattfarbstoffs Chlorophyll. Im Ergebnis dieser Reaktion bildet sich eine chemische Verbindung mit der Summenformel C6H12O6 und Sauerstoff O2 wird frei: 6CO2+6H2O->C6H12O6+6O2. C6H12O6 ist Traubenzucker, die Glucose. Diese Reaktion ist unter dem Namen Fotosynthese gut bekannt. Nachweis von Kohlenstoffdioxid CO2: Der Nachweis ist über die Spanprobe, auch Glimmspanprobe genannt, möglich. Ein Span wird an einem Ende entzündet, die Flamme wird bis zu einem Funken verkleinert, und der glimmende Span wird in eine Probe mit Kohlenstoffdioxid eingetaucht. Der Glimmspan erlischt. Eine zweite Möglichkeit ist die Reaktion mit Barytwasser, die wir bereits schon besprochen haben. Es ist auch die Reaktion mit Kalkwasser möglich. Barytwasser Ba(OH)2 reagiert mit Kohlenstoffdioxid CO2 zu Bariumkarbonat BaCO3, welches als weißer Niederschlag ausfällt. Als Nebenprodukt bildet sich Wasser H2O. Der weiße Niederschlag zeigt an, dass es sich um Kohlenstoffdioxid handelt. Verwendung: Wenn Obst in Lagerräumen von Kohlenstoffdioxid bedeckt wird, bleibt es länger haltbar. Begasung von Pflanzen: Bei der Aufzucht von Pflanzen werden diese mitunter durch Kohlenstoffdioxid begast, um besser zu wachsen. Extraktion von Pflanzen: Mitunter extrahiert man mit warmem Kohlenstoffdioxid Pflanzen, um wichtige Inhaltsstoffe daraus zu isolieren, wie zum Beispiel Koffein, Majoran oder Hopfen. Kohlenstoffdioxid findet in bestimmten Feuerlöschern Verwendung. Vor einigen Jahren gab es Mitteilungen darüber, dass mit Kohlenstoffdioxid, das erwärmt wird, modernes Wäschewaschen stattfinden kann. Herstellung: Im Labor kann man Kohlenstoffdioxid darstellen, indem man zu Kalkstein eine Säure gibt. Es gibt dafür spezielle Gasentwickler. Kalkstein + Salzsäure -> Calciumchlorid + Kohlenstoffdioxid + Wasser. In der Industrie entsteht Kohlenstoffdioxid als Nebenprodukt in Kohlekraftwerken und anderen Wärmekraftwerken. Die Verbrennung der Kohle kann auch vonstattengehen, wenn nur relativ wenig Luft zur Verfügung steht. In einem solchen Fall bildet sich eine außerordentlich giftige und gefährliche chemische Verbindung. Es ist Kohlenstoffmonoxid mit der chemischen Formel CO. Physikalische Eigenschaften des Kohlenstoffmonoxids: Beim Kohlenstoffmonoxid handelt es sich um ein farb- und geruchloses Gas. Dadurch wirkt es, da es ein starkes Blutgift ist, besonders heimtückisch. Es ist auch dadurch gefährlich, da seine Dichte sich nur geringfügig von der Dichte der Luft unterscheidet. Formulieren wir nun die Formelgleichung der Entstehung des Kohlenstoffmonoxids: 2C+O2->2CO. Und in atomarer molekularer Schreibweise: 2 Atome Kohlenstoff + 1 Molekül Sauerstoff -> 2 Molekülen Kohlenstoffmonoxid. Chemische Eigenschaften: Kohlenstoffmonoxid ist brennbar. Die Reaktionsgleichung lautet: 2CO+O2->2CO2. Kohlenstoffmonoxid reagiert mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Kohlenstoffmonoxid hat eine reduzierende Wirkung auf Oxide. So kann Kohlenstoffmonoxid zum Beispiel ein Eisenoxid zu reinem Eisen reduzieren. Fe2O3+3CO->2Fe+3CO2. Fe2O3 ist ein Eisenerz mit chemischem Namen Eisen(III)-oxid. Verwendung von Kohlenstoffmonoxid: Früher, bis zur 2. Hälfte des 20. Jahrhunderts, fand man Kohlenstoffmonoxid als Bestandteil des Stadtgases. Der wichtigste Anwendungszweck des Kohlenstoffmonoxids ist die organische Synthese. Sie dient zur Herstellung vieler organischer Verbindungen. Kohlenstoffmonoxid reagiert zum Beispiel mit Wasser in Anwesenheit eines geeigneten Katalysators zu Methanol: CO+2H2->CH3OH. CH3OH ist Methanol. Ich hoffe, es war für eine Einführung nicht zu schwer und für die, die schon Bescheid wissen, nicht zu langweilig. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Auf Wiedersehen!

5 Kommentare
5 Kommentare
  1. Früher sagte man Kohlenmonoxid, später verständigte man sich auf Kohlenstoffmonoxid, ganz exakt ist es tatsächlich Kohlenstoffmonooxid.

    Von André Otto, vor mehr als 5 Jahren
  2. ich dachte, es heisst kohlenstoffmonooxid ... so haben wir es gelernt (im video heisst es kohlenstoffmonoxid)

    Von Telmen, vor mehr als 5 Jahren
  3. Sehr gutes Video weiter so :)

    Von Manuela M., vor mehr als 8 Jahren
  4. Hallo,
    die Fragen sind zwar schon zwei Jahre alt. Ich habe sie aber erst jetzt entdeckt.
    1. Nein. Damit Traubenzucker entsteht, ist es notwendig, dass das Reaktionsgemisch mit dem Licht einer besonderen Wellenlänge beschienen wird. Licht mit dieser Wellenlänge ist im Sonnenlicht enthalten.
    Über die Reaktionsgeschwindigkeit bin ich nicht informiert. Wahrscheinlich wird sich bei geeigneten Reaktionsbedingungen der Zucker, so dass man ihn wahr nimmt, nicht schon nach wenigen Minuten gebildet haben.
    2. Das ist richtig. Schließlich reagiert das Kohlenstoffdioxid nicht direkt. Es entsteht erst Carbonat gemäß
    CO2 + 3H2O ---> 2H3O+ + CO3(2-)
    Allerdings:
    Um lösliches Carbonat nachzuweisen, benötigt man kein Barytwasser. Gibt man (saubere) Soda (Na2CO3) in Leitungswasser (kein destilliertes Wasser!), so fallen augenblicklich die schwer löslichen Carbonate CaCO3 und MgCO3 aus.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor etwa 9 Jahren
  5. Hallo,
    1.zur Reaktionsgleichung bei 3Min 50Sek:
    Wenn ich mir nun Chlorophyll in der Apotheke besorge und es in Wasser gebe, anschließend ausgeatmete Luft durch einen Strohalm ins Wasser puste (also CO2 einleite), kann ich so einfach meinen eigenen Traubenzucker herstellen und einen süßlichen Geschmack im Wasser feststellen können?
    2. Könnte man mit Barytwasser Ba(OH)2 nicht nur CO2 nachweisen, sondern auch CO3- Ionen in einem Metallcarbonat?
    mfg
    mfg

    Von Dflow, vor mehr als 11 Jahren

Kohlenstoff und seine Oxide Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kohlenstoff und seine Oxide kannst du es wiederholen und üben.
  • Definiere den Begriff Oxid am Beispiel der Oxide des Kohlenstoffs.

    Tipps

    Der Begriff Oxid kommt vom lateinischen Oxigenium, was Sauerstoff bedeutet.

    Ein Oxid des Kohlenstoffs ist das $\ce{CO2}$. Welches gibt es noch?

    Lösung

    Oxide kommen überall in der Natur vor. Sie entstehen aus der Reaktion des Elements mit dem reaktionsfreudigen Sauerstoff. So sind viele Minerale, wie Eisen-, Kupfer-, Chrom- (siehe Bild) oder Aluminiumoxid, Vertreter dieser Stoffklasse.

    Da Kohlenstoff in Form von Kohle oder Erdöl zur Energiegewinnung durch Verbrennung genutzt wird, entsteht eine große Menge seiner Oxide. $\ce{CO2}$ ist das mitunter bekannteste Treibhausgas. Dies ist aber nicht nur schlecht. Ohne $\ce{CO2}$ wäre unsere Erde wohl immer noch ein Eisplanet.

  • Formuliere die Reaktionsgleichung der Verbrennung von Kohle.

    Tipps

    Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff entsteht $\ce{CO2}$.

    Beachte die Stöchiometrie. Es müssen auf der Seite der Ausgangsstoffe genauso viele Atome Kohlenstoff und Sauerstoff vorhanden sein wie auf der Seite der Produkte.

    Lösung

    Die Verbrennung von Kohle wird schon seit Urzeiten zur Energiegewinnung genutzt, um z. B. Metalle zu gewinnen. Auch heute noch wird Kohle in großen Kraftwerken verfeuert, um Strom zu erzeugen.

    Aufgrund des riesigen Energiehungers der Menschheit wird das Verbrennungsprodukt $\ce{CO2}$ zu einem immer größeren Problem. Abhilfe könnten neue Methoden des Ackerbaus schaffen, indem Pflanzenkohle in die Erde gebracht und so dauerhaft dem Kohlenstoffkreislauf entzogen wird (Stichwort Terra Preta).

  • Entscheide, in welchen Stoffen Kohlenstoff enthalten ist.

    Tipps

    Kunststoffe werden oft aus Erdöl gewonnen.

    Sand ist zum größten Teil ein Oxid. Auch in Glas ist dieses Oxid enthalten.

    Lösung

    Das Element Kohlenstoff finden wir in sehr vielen Stoffen, die uns täglich umgeben. So ist $\ce{CO2}$ zu ca. $0{,}04\,\%$ Bestandteil der Luft, die wir einatmen, und auch in unserer Nahrung ist Kohlenstoff enthalten, den wir zum Aufbau körpereigener Stoffe benötigen.

    Die organische Chemie wird auch als Kohlenstoffchemie bezeichnet. Kohlenstoff ist in der Lage, lange Ketten und Verzweigungen mit sich selbst zu formen. Daher ist es unter anderem geeignet für große Polymere. Kunststoffe werden daher oft aus Erdölprodukten hergestellt. So kann man z. B. eine Gießkanne daraus formen.

    Speisesalz ist chemisch betrachtet Natriumchlorid und Sand besteht größtenteils aus Siliciumdioxid. Beide Stoffe enthalten also keinen Kohlenstoff.

  • Bestimme die Eigenschaften folgender Verbindungen.

    Tipps

    Modifikationen meint verschiedene Erscheinungsformen desselben Stoffes.

    Kohlenstoff kann maximal eine Oxidationszahl von $+4$ erreichen. Somit kann er nicht mehr als zwei Sauerstoffatome binden. $\ce{CO2}$ ist also das Produkt einer vollständigen Verbrennung.

    Lösung

    Kohlenstoff ist ein Feststoff. In der Modifikation von Graphit ist er schwarz. Kohlenstoff besitzt aber auch die Modifikation von Diamant. Dies ist die härteste bekannte Substanz und hat optisch nichts mit Graphit zu tun. Die Modifikationen unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. So ist Graphit ein elektrischer Leiter, während Diamant den Strom nicht leitet.

    Bei einer unvollständigen Verbrennung entsteht unter anderem Kohlenstoffmonoxid $\ce{CO}$. Wenn zu wenig Sauerstoff vorhanden ist, entsteht diese Verbindung. Sie ist äußerst toxisch, da sie von den roten Blutkörperchen besser gebunden wird als Sauerstoff. Bei einer hohen Konzentration dieses Gases in der Luft ist eine Erstickung die Folge. Da $\ce{CO}$ noch ein Sauerstoffatom aufnehmen kann, wirkt es reduzierend, es kann also noch Elektronen aufnehmen.

    $\ce{CO2}$ ist in unserer Ausatemluft vermehrt enthalten. Durch Pflanzen wird es in den lebenswichtigen Sauerstoff und nicht weniger wichtige Pflanzeneingene Stoffe, wie Zucker, umgewandelt. $\ce{CO2}$ ist somit ein sehr wichtiger Teil des Kohlenstoffkreislaufs in der Natur. Es ist Produkt der vollständigen Verbrennung von $\ce{C}$ und damit nicht mehr brennbar.

  • Nenne Möglichkeiten des Nachweises für Kohlenstoffdioxid.

    Tipps

    Mit der Fehling- und der Silberspiegelprobe weist man reduzierende Wirkungen nach, z. B. von Zuckern.

    $\ce{CO2}$ erstickt Flammen. Daher wird es auch in Feuerlöschern eingesetzt.

    Lösung

    Mit Silbernitrat kann man schwerlösliche Halogenide ausfällen. Es dient also zum Nachweis von Chlorid-, Bromid- und Iodid-Ionen.

    Die reduzierende Wirkung von Zuckern macht man sich beim Nachweis mit der Fehlingprobe und der Silberspiegelprobe zu Nutze.

    Die Spanprobe liefert ein positives Ergebnis auf $CO_2$, wenn die glühende Spitze erlischt. Der Nachweis mit Barytwasser ist eine Fällungsreaktion. Es bildet sich das schwerlösliche Bariumcarbonat $\ce{BaCO3}$. Dieses ist als weißer Niederschlag mit dem Auge gut zu erkennen. Lässt sich dieses durch ein paar Tropfen Schwefelsäure wieder auflösen, liegt $\ce{BaCO3}$ vor, ansonsten $\ce{BaSO3}$ und damit wurde $\ce{SO2}$ eingeleitet.

  • Formuliere die Protolysereaktion der Kohlensäure.

    Tipps

    Im ersten Schritt entsteht die Kohlensäure, wie du ganz oben im Bild siehst.

    In der zweiten Reaktion gibt die Kohlensäure ein Proton $\left( \ce{H+} \right)$ an das Wasser ab.

    Lösung

    Du siehst hier die allgemeine Reaktionsgleichung für die Reaktion einer Säure mit Wasser. Diese geht auf Brönsted zurück.

    $\ce{HA + H2O -> H3O+ + A-}$

    $\ce{HA}$ ist die Säure. Sie trägt ein Proton. Der Wasserstoff gibt bei der Abspaltung sein Elektron ab und besteht demnach nur noch aus einem Proton. Das Wasser nimmt dieses Proton auf und es entsteht ein Hydronium-Ion (auch Oxonium-Ion genannt).

    Von der Säure bleibt das Säurerest-Ion $\left( \ce{A-} \right)$ zurück. In diesem Fall ist es das Carbonat-Ion $\ce{CO3^{2-}}$.