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StartseiteForschung aktuellKohlensäure: Vom Nachweis eines Phantoms29.06.2011

Kohlensäure: Vom Nachweis eines Phantoms

Mraseks Molekül-Mosaik

Das Molekül dieser Woche heißt Kohlensäure. Klar, kennt jeder! Steckt in Cola, Limo und Mineralwasser. Was soll an diesem Molekül schon besonders sein? Nun, man könnte argumentieren: Kohlensäure gibt es überhaupt nicht! Wir reden so selbstverständlich von einem Molekül, an dem sich schon viele Chemiker die Zähne ausgebissen haben. Sie konnten es weder isolieren noch sonst wie nachweisen.

Von Volker Mrasek

Sprudelwasser (Stock.XCHNG / Makkai Bence)
Sprudelwasser (Stock.XCHNG / Makkai Bence)
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Mraseks Molekül Mosaik

Ein mit Metallgerüsten und Messapparaten vollgepacktes Labor an der Universität Wuppertal. Helge Willner ist dort Professor für Anorganische Chemie:

"Da steht der Kryostat mit dem Vakuummantel. Diese Vorrichtung, mit der man also irgendetwas abkühlt. Und hier drüben, das ist eine Hochvakuumapparatur. Und hier dieses Gefäß, da stellen wir also unsere Gasmischung her ..."

Der Chemiker gewährt Einblick ins Labor für Matrixisolationstechnik. Keine Angst! Klingt komplizierter als es ist. Im Prinzip frieren die Forscher in ihrem Kryostaten bei niedrigsten Temperaturen und Drücken Edelgase ein. Argon oder Neon zum Beispiel. Und mit ihnen ein anderes Gas, das sie untersuchen wollen. Es steckt dann echt in der Klemme:

"Eingesperrt in einem Käfig aus festen Edelgasatomen, und bleibt, solange es kalt ist, an Ort und Stelle."

Das eingefrorene Molekül lässt sich anschließend identifizieren. Samt Edelgaskäfig packt man es in ein Spektrometer, bestrahlt es mit Licht bestimmter Wellenlängen und misst dann das sogenannte Absorptionsspektrum. Es sei ganz charakteristisch, sagt Helmut Beckers, Privatdozent an der Wuppertaler Uni:

"In diesem Fall wurde das ja auch mit der Kohlensäure gemacht. Und dann kann man diese Kohlensäure eben dort auch nachweisen."

Dieses Kunststück gelang kürzlich Forschern aus Wien und Innsbruck. Und zwar mithilfe der beschriebenen Matrixisolierung. Willner:

"Da war die Kohlensäure für Millisekunden in der Gasphase und ist dann gleich anschließend ausgefroren worden."

Doch warum war Kohlensäure für Helge Willner und andere Chemiker lange das große Phantom? Warum steckt sie - wie jeder zu wissen glaubt - in Sprudel und ist darin doch nicht nachweisbar?

"In dem Mineralwasser ist ein wenig Kohlensäure, die dann aber weitgehend dissoziiert ist ..."

... also zerfallen ...

"... in Protonen, die das Wasser sauer machen ..."

... also in Wasserstoffionen ...

"... und in Hydrogencarbonat. Aber eben halt die Kohlensäure, die ist in so geringen Konzentrationen, dass es eben bislang nicht gelungen ist, sie dort direkt nachzuweisen."

Entzieht man einer Säure Wasser, erhält man ihr sogenanntes Anhydrid. Im Fall von Kohlensäure ist das CO2, Kohlendioxid. Im Prinzip lässt sich die Reaktion auch umkehren. Doch CO2 ist so stabil - das Gas reagiert praktisch nicht mit Wasser. Im Gegenteil: Es verweigert sich beharrlich der Umwandlung in Kohlensäure, und Sprudeltrinker erliegen einem Irrtum, wie Helmut Beckers ihnen klarmacht:

"Das meiste CO2, was da in dem Wasser ist, ist einfach nur als CO2-Gas gelöst. Das heißt, wenn man den Deckel aufmacht, dann kommt's eben wieder raus."

Als stabile Verbindung können sich Chemiker Kohlensäure höchstens in den eisigen Weiten des Weltraums vorstellen. Auch dort könnte das Molekül eingefroren vorliegen. Zum Beispiel in Kometen oder auf den Eismonden des Jupiter.

"Was war das denn?" - "Merkwürdig." - "Ein Kurzschluss." - "Ein Kurzschluss. Sehr ungewöhnlich!"

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